De Genetisk drift eller genet er en stokastisk evolusjonsmekanisme, som forårsaker svingninger eller rent tilfeldige variasjoner av allelfrekvensene til en populasjon.
Charles Darwins naturlige utvalg og gendrift er de to viktigste prosessene som er involvert i evolusjonær endring i populasjoner. I motsetning til naturlig seleksjon, som regnes som en deterministisk og ikke-tilfeldig prosess, er gendrift en prosess som fremgår som tilfeldige svingninger av allelfrekvenser i populasjonen eller av haplotyper..
Gendrift fører til ikke-adaptiv evolusjon. Faktisk er naturlig seleksjon - og ikke genetisk drift - den eneste mekanismen som brukes til å forklare alle tilpasningene til organismer på forskjellige nivåer (anatomisk, fysiologisk eller etologisk)..
Dette betyr ikke at gendrift ikke er viktig. En av de mest slående konsekvensene av dette fenomenet observeres på molekylært nivå, mellom forskjellene i DNA- og proteinsekvensene.
Artikkelindeks
Teorien om gendrift ble utviklet tidlig på 1930-tallet av en viktig biolog og genetiker ved navn Sewal Wright..
På samme måte var Motoo Kimuras bidrag eksepsjonell på dette feltet. Denne forskeren ledet den nøytrale teorien om molekylær evolusjon, hvor han avslører at effekten av gendrift har et viktig bidrag til evolusjon på nivået av DNA-sekvenser..
Disse forfatterne utviklet matematiske modeller for å forstå hvordan gendrift fungerer i biologiske populasjoner..
Årsakene til gendrift er stokastiske fenomener - det vil si tilfeldig. I lys av populasjonsgenetikk er evolusjon definert som en variasjon over tid i allelfrekvensene til befolkningen. Drift resulterer i en endring i disse frekvensene ved tilfeldige hendelser kalt "samplingsfeil".
Gendrift regnes som en prøvetakingsfeil. Genene som er inkludert i hver generasjon er et utvalg av gener som bæres av forrige generasjon.
Enhver prøve er gjenstand for feil i prøvetakingen. Det vil si at andelen av de forskjellige elementene vi finner i et utvalg, kan endres ved en ren tilfeldighet..
La oss forestille oss at vi har en pose med 50 hvite chips og 50 svarte chips. Hvis vi tar ti av disse, får vi kanskje ved en tilfeldighet 4 hvite og 6 svarte; eller 7 hvite og 3 svarte. Det er et avvik mellom de teoretisk forventede verdiene (5 og 5 i hver farge) og de som er oppnådd eksperimentelt..
Effektene av gendrift er vist som tilfeldige endringer i allelfrekvensene til en populasjon. Som vi nevnte, skjer dette når det ikke er noe forhold mellom karakteristikken som varierer og den Fitness. Med tiden vil allelene ende opp med å bli løst eller tapt fra befolkningen.
I evolusjonær biologi, begrepet Fitness Det er mye brukt, og refererer til evnen til en organisme til å reprodusere og overleve. Parameteren varierer mellom 0 og 1.
Dermed er ikke karakteristikken som varierer etter drift ikke relatert til reproduksjonen og overlevelsen til individet..
Tapet av alleler fører til den andre effekten av gendrift: tap av heterozygositet i befolkningen. Variasjon på et bestemt sted vil avta, og til slutt vil den gå tapt.
Sannsynligheten for at en allel blir festet i populasjonen er lik frekvensen på det tidspunktet den ble studert. Festingsfrekvensen for den alternative allelen vil være 1 - s. Hvor s er lik allelfrekvens.
Denne frekvensen påvirkes ikke av den tidligere historien om endringen i allelfrekvenser, så spådommer basert på fortiden kan heller ikke gjøres..
Hvis allelen tvert imot har oppstått ved mutasjon, er sannsynligheten for fiksering det s = 1/2N. Hvor N er befolkningstallet. Dette er grunnen til at det er lettere å fikse nye alleler som vises ved mutasjon i små populasjoner..
Leseren må resonnere hvordan verdien av s når nevneren er mindre. Logisk ville sannsynligheten øke.
Dermed fortsetter effektene av gendrift raskere i små populasjoner. I en diploid populasjon (to sett med kromosomer, i likhet med oss mennesker), forekommer bindingen av nye alleler i gjennomsnitt hver 4.N generasjoner. Tiden øker proporsjonalt med økningen N av befolkningen.
De N som vises i forrige ligninger, refererer ikke til en verdi identisk med antall individer som utgjør befolkningen. Det vil si at det ikke tilsvarer folketellingen av organismer.
I populasjonsgenetikk er parameteren "effektivt populasjonsnummer" (Ne), som normalt er mindre enn alle individer.
For eksempel, i noen populasjoner med en sosial struktur dominert av bare noen få menn, er det effektive populasjonstallet veldig lavt, siden genene til disse dominerende mennene bidrar uforholdsmessig - hvis vi sammenligner dem med resten av mennene..
Av denne grunn vil hastigheten som gendrift virker (og hastigheten med hvilken heterozygositet går tapt) være større enn forventet hvis vi foretar en folketelling, siden befolkningen er mindre enn den ser ut til å være..
Hvis vi teller 20 000 individer i en hypotetisk befolkning, men bare 2000 reproduserer, avtar det effektive antallet. Og dette fenomenet, der ikke alle organismer forekommer i befolkningen, er vidt distribuert i naturlige populasjoner..
Som vi nevnte (og beviste matematisk), forekommer drift i små populasjoner. Der alleler som ikke er så hyppige, er mer sannsynlig å gå tapt.
Dette fenomenet er vanlig etter at befolkningen opplever en hendelse som kalles en "flaskehals". Dette skjer når et betydelig antall medlemmer av befolkningen blir eliminert av en eller annen form for uforutsett eller katastrofal hendelse (for eksempel en storm eller et snøskred).
Den umiddelbare effekten kan være en reduksjon i det genetiske mangfoldet i befolkningen, og redusere størrelsen på genbassenget eller genbassenget.
Et spesielt tilfelle av flaskehalser er grunnlegger-effekten, der et lite antall individer skiller seg fra den opprinnelige befolkningen og utvikler seg isolert. I eksemplene som vi vil ta opp senere, vil vi se hva konsekvensene av dette fenomenet er.
Den nøytrale teorien om molekylær evolusjon ble foreslått av Motoo Kimura. Før ideene til denne forskeren hadde Lewontin & Hubby allerede funnet at den høye andelen variasjoner på enzymnivå ikke aktivt kunne opprettholde alle disse polymorfismer (variasjoner).
Kimura konkluderte med at disse aminosyreendringene kunne forklares med gendrift og mutasjoner. Han konkluderer med at på DNA- og proteinnivå spiller gendrivmekanismer en grunnleggende rolle..
Uttrykket nøytral refererer til det faktum at flertallet av basesubstitusjoner som klarer å fikse (når frekvensen 1) er nøytrale i forhold til Fitness. Derfor har disse variasjonene som oppstår ved drift ikke noen adaptiv betydning..
Det er mutasjoner som ikke påvirker fenotypen til individet. All informasjon for å bygge og utvikle en ny organisme er kryptert i DNA. Denne koden blir dechiffrert av ribosomer i prosessen med oversettelse..
Den genetiske koden leses i "triplets" (sett med tre bokstaver) og hver tredje bokstav koder for en aminosyre. Imidlertid er den genetiske koden degenerert, noe som indikerer at det er mer enn ett kodon som koder for den samme aminosyren. For eksempel koder kodonene CCU, CCC, CCA og CCG for aminosyren prolin..
Derfor, hvis sekvensen av CCU endres til CCG, vil oversettelsesproduktet være en prolin, og det vil ikke være noen modifikasjoner i proteinsekvensen..
På samme måte kan mutasjonen endres til en aminosyre hvis kjemiske egenskaper ikke varierer mye. For eksempel hvis en alanin endres til valin kan være effekten på proteinets funksjonalitet er umerkelig.
Merk at dette ikke er gyldig i alle tilfeller, hvis endringen skjer i en del av proteinet som er essensielt for dets funksjonalitet - for eksempel det aktive stedet for enzymer - effekten på Fitness det kan være veldig viktig.
Se for deg en eng der snegler og kuer eksisterer sammen. I sneglepopulasjonen kan vi skille mellom to farger: et svart skall og et gult skall. En avgjørende faktor i dødeligheten av snegler er fotsporene til kyr.
Vær imidlertid oppmerksom på at hvis en snegl blir tråkket på, avhenger den ikke av fargen på skallet, da det er en tilfeldig hendelse. I dette hypotetiske eksemplet starter sneglepopulasjonen med en like stor andel farger (50 sorte snegler og 50 gule snegler). I tilfelle kyr eliminerer 6 svarte og bare 2 gule, vil andelen farger endre seg.
På samme måte kan det være at de gule i et følgende tilfelle dør i større andel, siden det ikke er noe forhold mellom fargen og sannsynligheten for å bli knust (det er imidlertid ingen type "kompenserende" effekt).
I løpet av denne tilfeldige prosessen vil proporsjonene av svarte og gule skjell svinge over tid. Til slutt vil en av skallene nå en av de to grensene: 0 eller 1.
Når frekvensen nådd er 1 - antar at for det gule skallallelet - vil alle snegler ha denne fargen. Og som vi kan gjette, vil allelen for det svarte skallet ha gått tapt.
Den eneste måten å få den allelen igjen er befolkningen er at den kommer inn ved migrasjon eller ved mutasjon.
Fenomenet gendrift kan observeres i naturlige populasjoner, og det mest ekstreme eksemplet er gepard. Disse raske og stilige kattene tilhører arten Acinonyx jubatus.
For omtrent 10 000 år siden opplevde Cheetahs - og andre store pattedyrpopulasjoner - en ekstrem utryddelsesbegivenhet. Denne hendelsen forårsaket en "flaskehals" i Cheetah-befolkningen, hvor bare noen få individer overlevde..
Overlevende fra det katastrofale fenomenet Pleistocene ga opphav til alle moderne Cheetahs. Effektene av drift, kombinert med innavl, har nesten fullstendig homogenisert befolkningen.
Faktisk er immunforsvaret til disse dyrene praktisk talt identisk hos alle individer. Hvis noen av medlemmene av en eller annen grunn trengte en organdonasjon, kunne noen av deres kolleger gjøre det uten å føre til sannsynlighet for avvisning..
Donasjoner er prosedyrer som utføres nøye, og det er nødvendig å undertrykke mottakerens immunsystem slik at det ikke angriper det "eksterne middel", selv om det kommer fra en veldig nær slektning - kall det brødre eller barn..
Flaskehalser og grunnlegger-effekten forekommer også i dagens menneskelige populasjoner, og har svært relevante konsekvenser innen det medisinske feltet.
Amish er en religiøs gruppe. De er preget av en enkel livsstil, fri for teknologi og andre nåværende bekvemmeligheter - i tillegg til at de bærer en ekstremt høy frekvens av sykdommer og genetiske patologier.
Omtrent 200 koloniserere ankom Pennsylvania, USA, fra Europa, og begynte å reprodusere seg blant de samme medlemmene.
Det spekuleres i at blant kolonisatorene var bærere av autosomale recessive genetiske sykdommer, inkludert Ellis-van Creveld syndrom. Dette syndromet er preget av trekk ved dvergisme og polydactyly (høyt antall fingre, mer enn fem sifre).
Sykdommen var i den opprinnelige populasjonen med en frekvens på 0,001 og økte signifikant til 0,07.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.