Генетичен дрейф: как случайността променя гените в популациите
Как случайността — генетичният дрейф — изменя гените и намалява вариацията в популациите: механизми, ефекти и значение за еволюцията.
Генетичният дрейф е случаен ефект върху биологичните популации. Той води до намаляване или пълно премахване на определени варианти на гени, тоест на генетичната вариация в популацията от живи организми, само поради случайни флуктуации в честотите на алелите от едно поколение на следващото.
Как работи генетичният дрейф
Генетичният дрейф възниква поради стохастичното (случайно) предаване на гени при размножаване. Представете си, че в малка популация два алела на даден ген са с приблизително еднаква честота. Дори ако и двата алела нямат влияние върху оцеляването или размножаването (т.е. са неутрални), случайното разпределение на потомството може да доведе до това единият алел да стане по-често срещан, а другият — да изчезне. В дългосрочен план това може да доведе до фиксация (алел, който достига честота 100%) или загуба на алелите.
Главни особености
- Зависи от размера на популацията: в малки популации дрейфът действа много по-силно, защото случайни отклонения имат по-голям относителен ефект;
- Отстранява вариация: дрейфът намалява генетичното разнообразие и може да доведе до повишена хомозиготност;
- Фиксация на неутрални и дори вредни алели: ако популацията е малка, вредни алели могат случайно да се фиксират, въпреки че естественият подбор действа против тях;
- Вероятност на фиксация: за неутрален алел вероятността да се фиксира е равна на неговата начална честота в популацията.
Взаимодействие с други еволюционни сили
В естествените популации действат редица сили. Някои добавят наследствена вариация към популацията, като мутацията и рекомбинацията. Други фактори премахват вариации — дрейфът е един от тях. Също така, естественият отбор, миграцията (генен поток) и нелоска подборка (селекция) могат да противодействат или да усилват ефектите на дрейфа в зависимост от конкретните условия.
Примери и последствия
- Ефект на основателите (founder effect): когато малка група отделни индивиди създаде нова популация, честотите на алелите в новата популация могат да се различават рязко от тези в изходната група, просто поради случайността на кой емигрира.
- Бутилка (bottleneck): масови съкращения на популацията (болести, катастрофи) намаляват генетичното разнообразие — последвалият генетичен дрейф в малка възстановяваща се популация може да промени или да загуби алели.
- Консервация: дрейфът е важен фактор при опазване на видове — малките и застрашени популации губят генетично разнообразие, което намалява адаптивния им потенциал и повишава риска от инбридинг.
Значение за еволюцията
Генетичният дрейф е основен еволюционен механизъм, особено важен за обяснение на промени в неутралните генетични маркери и за модели като неутралната теория на молекулярната еволюция. В комбинация с мутации, дрейфът оформя генетичната структура на популациите във времето и може да доведе до случайна дивергенция между отделни групи.
Кратки практически бележки
- Ефектът на дрейфа се намалява при големи ефективни размери на популацията (Ne) — важен параметър за прогнозиране на скоростта на загуба на хетерозиготност.
- За да се запази генетичното разнообразие на застрашени видове, управлението обикновено цели увеличаване на ефективния размер на популацията и намаляване на фрагментацията на местообитанията.
В обобщение, генетичният дрейф е чисто случаен процес, който може да има дълбоки и често неочаквани последици за генетичната структура и приспособимостта на популациите, особено когато те са малки или подложени на рязко съкращение.
Преглед
В един вид или в една кръстосваща се популация обикновено има голяма генетична вариация. Тази генетична вариация е под формата на различни алели в много локуси (генни позиции) на хромозомите.
Промените в честотата на алелите се дължат главно на естествения подбор, т.е. на диференцираното оцеляване и на приноса към следващото поколение. Но тъй като популациите стават все по-малки, има тенденция всяко поколение да става все по-хомозиготно, с по-малко разнообразие от алели. Това е ефект, подобен на инбридинга: той води до генетично уеднаквяване.
Генетичният дрейф е наименованието на тази загуба на вариации. То може да повлияе на еволюцията по изненадващо голям начин, но само когато популациите са доста малки. Какво означава "малки" зависи от организма. 50 индивида са малко, 5000 не са, 500 може би. Основният механизъм на дрейфа е, че генетичното разнообразие се намалява случайно, което прави индивидите по-подобни един на друг и следователно по-уязвими.
- Дрейфът намалява генетичната вариация в популациите, което потенциално намалява способността на популацията да оцелява при нов селективен натиск.
- Генетичният дрейф действа по-бързо и има по-драстични резултати в по-малките популации. Малките популации обикновено изчезват.
- Генетичният дрейф може да допринесе за видообразуването, ако малката група оцелее.
- Събития на "ботълнек": когато голяма популация внезапно и драстично намалее по размер поради някакво събитие, генетичното разнообразие ще бъде много намалено. Често срещани причини са инфекциите и екстремните климатични събития. Понякога инвазиите на по-конкурентни видове могат да бъдат опустошителни.
♦ През 1880/90 г. ловът намалява числеността на северния слонски тюлен до едва около 20 индивида. Въпреки че популацията се е възстановила, генетичната ѝ изменчивост е много по-малка от тази на южния слонски тюлен.
♦ Гепардите имат много малка изменчивост. Смятаме, че видът е бил редуциран до малък брой в някакъв скорошен момент. Тъй като му липсва генетична вариативност, той е застрашен от инфекциозни заболявания. - Събития на основателите: те се случват, когато малка група се отделя от по-голяма популация. Тогава малката група живее отделно от основната популация. Често се посочва, че човешкият вид е преминал през такива етапи, например когато групи са напуснали Африка, за да се установят другаде (вж. Еволюция на човека). Очевидно при нас вариациите са по-малко, отколкото би се очаквало от разпространението ни по света.
Добри примери са и групите, които пристигат на острови, отдалечени от континента. Тези групи, поради малкия си размер, не могат да носят пълния набор от алели, които се срещат в родителската популация.
Свързани страници
Въпроси и отговори
В: Какво представлява генетичният дрейф?
О: Генетичният дрейф е случаен ефект върху биологичните популации, който намалява количеството на генетичната вариация в популацията.
В: Кои са силите, които увеличават наследствената вариация в популацията?
О: Мутацията и рекомбинацията са две сили, които добавят наследствена вариация в популацията.
Въпрос: Има ли фактори, които премахват вариациите в популацията?
О: Да, генетичният дрейф е един от факторите, които премахват вариациите в популацията.
В: Как генетичният дрейф намалява количеството на генетичната вариация в популацията?
О.: Генетичният дрейф намалява количеството на генетичната вариация в популацията чрез случайно отстраняване на определени алели или генни варианти от генофонда с течение на времето.
Въпрос: Мутацията ли е пример за нещо, което добавя наследствена вариация към популацията?
О: Да, мутацията е пример за нещо, което добавя наследствена вариация към популацията.
В: Какви други сили могат да добавят наследствени вариации към популациите освен мутацията и рекомбинацията?
О: Не са известни други сили освен мутацията и рекомбинацията, които могат да добавят наследствени вариации към популациите.
обискирам