גורמים להיסחף גנטי, אפקטים, דוגמאות

ה גניבה גנטית או הגן הוא מנגנון אבולוציוני סטוכסטי, אשר גורם לתנודות או שינויים תדרים אלים אקראיים לחלוטין של האוכלוסייה.

הבחירה הטבעית של צ'ארלס דרווין וגרימת הגנים הם שני התהליכים החשובים ביותר המעורבים בשינוי האבולוציוני באוכלוסיות. בניגוד לבחירה הטבעית, הנחשבת לתהליך דטרמיניסטי ולא אקראי, סחיפת גנים היא תהליך המעיד על תנודות אקראיות של התדרים האלים באוכלוסייה או בפלוטיפים.

סחף גנים מוביל לאבולוציה לא-אדפטיבית. למעשה, הברירה הטבעית - ולא סחיפת גנים - היא המנגנון היחיד המשמש להסבר כל ההתאמות של אורגניזמים ברמות שונות (אנטומית, פיזיולוגית או אתית)..

זה לא אומר כי נסחף גנים אינו חשוב. אחת ההשלכות המדהימות ביותר של תופעה זו נצפתה ברמה המולקולרית, בין ההבדלים בדנ"א וברצף החלבון.

אינדקס

• 1 היסטוריה
• סיבות
• 3 אפקטים
  • 3.1 כיצד אנו מחשבים את ההסתברות כי אלל יאבדו או ייקבעו?
  • 3.2 מספר האפקטיבי של האוכלוסייה
  • 3.3 צווארי בקבוק ואפקט מייסד
  • 3.4 השפעה ברמת הדנ"א: תיאוריה ניטרלית של אבולוציה מולקולארית
  • 3.5 מדוע יש מוטציות נייטרליות?
• 4 דוגמאות
  • 4.1 דוגמה היפותטית: חלזונות ופרות
  • 4.2 כיצד ישתנה שיעור החלזונות לאורך זמן??
  • 4.3 ג 'יני נסחף בפעולה: ברדלס
  • 4.4 דוגמה באוכלוסיות אנושיות: האיימיש
• 5 הפניות

היסטוריה

התיאוריה של סחף גנטי פותחה בתחילת שנת 1930, על ידי ביולוג וגנטיקאי חשוב בשם Sewal Wright..

כמו כן, תרומות של Motoo Kimura היו יוצאי דופן בתחום זה. חוקר זה הוביל את התיאוריה הנייטרלית של האבולוציה המולקולרית, שבה הוא מסביר כי ההשפעות של סחיפת גנים יש תרומה חשובה האבולוציה ברמה של רצפי DNA.

מחברים אלה המציאו מודלים מתמטיים כדי להבין כיצד סחיפת גנים פועלת באוכלוסיות ביולוגיות.

סיבות

הגורמים להיסחרות גנים הם סטוכסטיים - כלומר, תופעות אקראיות. לאור הגנטיקה של האוכלוסייה, האבולוציה מוגדרת כשינוי לאורך זמן בתדרים האלים של האוכלוסייה. נסחף מתרגם לשינוי של תדרים אלה על ידי אירועים אקראיים בשם "טעויות דגימה".

נסחף גנים נחשב טעות דגימה. הגנים הנכללים בכל דור הם מדגם של הגנים הנושאים את הדור הקודם.

כל מדגם כפוף לשגיאת דגימה. כלומר, חלקם של הפריטים השונים שאנו מוצאים במדגם נתון לשינויים על ידי סיכוי טהור.

תארו לעצמכם שיש לנו שקית עם 50 צ 'יפס לבן 50 שבבים שחורים. אם ניקח עשרה כאלה, זה יכול להיות כי במקרה טהור אנחנו מקבלים 4 לבן 6 שחור; או 7 לבן 3 שחור. קיימת אי התאמה בין הערכים הצפויה מבחינה תיאורטית (5 ו -5 של כל צבע) לבין אלה שהושגו בניסויים.

אפקטים

ההשפעות של סחיפת הגן מתבטאות בשינויים אקראיים בתדרים האלים של האוכלוסייה. כפי שהזכרנו, זה קורה כאשר אין קשר בין המאפיין המשתנה לבין כושר גופני. עם חלוף הזמן, אללים יהיה בסופו של דבר לתקן או ללכת לאיבוד מן האוכלוסייה.

בביולוגיה אבולוציונית, המונח כושר גופני זה נעשה שימוש נרחב, והוא מתייחס ליכולת של האורגניזם לשכפל ולשרוד. הפרמטר משתנה בין 0 ל -1.

לכן, המאפיין המשתנה על ידי סחיפה אינו קשור לשכפול ולהישרדות של הפרט.

אובדן האללים מוביל להשפעה השנייה של גניבת גנים: אובדן ההטרוזיגוטיות באוכלוסייה. הווריאציה במקום מסוים תפחת, ובסופו של דבר היא תאבד.

כיצד אנו מחשבים את ההסתברות כי אלל יאבדו או יקבעו??

ההסתברות של אלל להיות קבוע באוכלוסייה שווה לתדירות שלה בזמן זה נלמד. תדירות הקיבוע של האלל החלופי תהיה 1 - עמ '. איפה עמ ' שווה לתדר האלים.

תדר זה אינו מושפע מההיסטוריה הקודמת של השינוי בתדרי אלל, ולכן לא ניתן לבצע חיזויים על סמך העבר.

אם, לעומת זאת, האלל נוצר על ידי מוטציה, ההסתברות שלו לקיבעון היא עמ ' 49 3,000N. איפה N הוא מספר האוכלוסייה. זו הסיבה מדוע אללים חדשים המופיעים על ידי מוטציה קל יותר לתקן באוכלוסיות קטנות.

הקורא צריך לחשוב איך זה ישפיע על הערך של עמ ' כאשר המכנה קטן יותר. באופן הגיוני, ההסתברות תגדל.

לפיכך, ההשפעות של סחף גנים להמשיך מהר יותר באוכלוסיות קטנות. באוכלוסייה דיפלואידית (שתי קבוצות של כרומוזומים, כמו אצלנו), קיבוע של אללים חדשים מתרחש בממוצע 4N דורות. הזמן גדל באופן יחסי על ידי הגדלת N של האוכלוסייה.

מספר אפקטיבי של האוכלוסייה

ה N המופיע במשוואות הקודמות, אינו מתייחס לערך הזהה למספר האנשים באוכלוסייה. כלומר, זה לא שווה למפקד של אורגניזמים.

בגנטיקה של האוכלוסייה, נעשה שימוש בפרמטר של "מספר יעיל של האוכלוסייה"Ne), שהיא בדרך כלל פחות מכל הפרטים.

לדוגמה, בחלק מהאוכלוסיות בעלות מבנה חברתי הנשלט על ידי מספר קטן של גברים, המספר היעיל של האוכלוסייה הוא נמוך מאוד, שכן הגנים של הזכרים הדומיננטיים האלה תורמים באופן לא פרופורציונלי - אם נשווה אותם עם שאר הגברים.

מסיבה זו, המהירות שבה פעולות הגניבה של הגנים (והמהירות שבה ההטרוזיוזיות אובדת) תהיה גדולה מהצפוי אם ננהל מפקד, שכן האוכלוסייה קטנה יותר מכפי שהם נראים..

אם באוכלוסייה היפותטית אנחנו סופרים 20,000 אנשים, אבל רק 2,000 משוכפלים, המספר האפקטיבי של האוכלוסייה פוחת. תופעה זו, שבה לא כל האורגניזמים מתרחשים באוכלוסייה, מופצת באופן נרחב באוכלוסיות טבעיות.

צווארי בקבוק ואפקט מייסד

כפי שהזכרנו (ואנו מדגימים מתמטית), מתרחשת סחיפה באוכלוסיות קטנות. איפה אללים כי הם לא תכופים כמו יש סיכוי גדול יותר לאיבוד.

תופעה זו נפוצה לאחר שהאוכלוסייה חווה אירוע הקרוי "צוואר בקבוק". זה קורה כאשר מספר משמעותי של חברי האוכלוסייה מוסרים על ידי איזה סוג של אירוע בלתי צפוי או קטסטרופלי (למשל, סערה או מפולת שלגים).

ההשפעה המיידית יכולה להיות ירידה בגיוון הגנטי של האוכלוסייה, הפחתת גודל הבריכה הגנטית או מאגר הגנים.

מקרה מסוים של צווארי בקבוק הוא אפקט המייסד, שבו מספר קטן של אנשים נפרדים מן האוכלוסייה הראשונית ולהתפתח בבידוד. בדוגמאות שנביא בהמשך נראה מה הן התוצאות של תופעה זו.

השפעה ברמת ה- DNA: תיאוריה ניטרלית של אבולוציה מולקולרית

התיאוריה הניטרלית של האבולוציה המולקולרית הוצעה על ידי מוטו קימורה. לפני הרעיונות של חוקר זה, Lewontin & Hubby כבר מצאו כי שיעור גבוה של וריאציות ברמת האנזים לא יכול לשמור באופן פעיל את כל אלה פולימורפיזמים (וריאציות).

קימורה הסיקה כי שינויים אלו בחומצות אמינו ניתנים להסבר על ידי גניבה מוטנטית ומוטציות. הוא מסיק כי ברמה של DNA וחלבונים, מנגנונים של סחף גנים לשחק תפקיד בסיסי.

המונח הניטרלי מתייחס לעובדה שרוב החלופות של בסיסים שמצליחים לתקן (להגיע לתדירות של 1) הם ניטרליים ביחס ל כושר גופני. לכן, וריאציות אלה המתרחשות על ידי סחיפה, אין להן משמעות הסתגלותית.

מדוע יש מוטציות נייטרליות?

ישנן מוטציות כי אין להם השפעה על הפנוטיפ של הפרט. בדנ"א, כל המידע מוצפן כדי לבנות ולפתח אורגניזם חדש. קוד זה מפוענח על ידי ריבוזומים בתהליך התרגום.

הקוד הגנטי נקרא "משולש" (סט של שלוש אותיות) וכל שלוש אותיות קוד עבור חומצת אמינו. עם זאת, הקוד הגנטי הוא מנוון, אשר מציין כי יש יותר מקודון אחד הקודים עבור אותה חומצה אמינית. לדוגמה, codons CCU, CCC, CCA ו CCG כל קוד עבור חומצה אמינית proline.

לכן, אם ברצף ה- CCU הוא משתנה ל- CCG, תוצר התרגום יהיה פרולין, ולא יהיו שינויים ברצף של החלבון.

באותו אופן, המוטציה עשויה להשתנות לחומצת אמינו שהמאפיינים הכימיים שלה אינם משתנים הרבה. לדוגמה, אם alanine שינויים valine אולי ההשפעה על הפונקציונליות של החלבון היא בלתי נתפסת.

שים לב כי זה אינו תקף בכל המקרים, אם השינוי מתרחש בחלק מהחלבון כי הוא חיוני עבור הפונקציונליות שלו - כמו האתר הפעיל של האנזימים - את ההשפעה על כושר גופני זה יכול להיות משמעותי מאוד.

דוגמאות

דוגמה היפותטית: חלזונות ופרות

תאר לעצמך אחו שבו חלזונות ופרות להתקיים. באוכלוסיית החלזונות אנו מבחינים בין שני צבעים: פגז שחור וקליפה צהובה. גורם מכריע בתמותה של חלזונות הם עקבות של פרות.

עם זאת, שים לב כי אם שבלול הוא צעד על, זה לא תלוי בצבע של הקליפה שלה, שכן הוא אירוע אקראי. בדוגמה היפותטית זו, אוכלוסיית החלזונות מתחילה בשיעור שווה של צבעים (50 חלזונות שחורים ו -50 חלזונות צהובים). במקרה של פרות לחסל 6 שחורים ורק 2 צהובים, חלקם של צבעים החליפין.

באופן דומה, במקרה הבא, צהובים עשויים למות במידה גדולה יותר, שכן אין קשר בין הצבע לבין ההסתברות להימחץ (עם זאת, אין סוג של אפקט "מפצה")..

כיצד ישתנה חלקם של החלזונות לאורך זמן?

במהלך תהליך אקראי זה, הפרופורציות של פגזים שחורים וצהובים ישתנו לאורך זמן. בסופו של דבר, אחד הפגזים יגיע לאחד משני הגבולות: 0 u 1.

כאשר התדירות להגיע הוא 1 - נניח כי עבור אלל פגז צהוב - כל החלזונות יהיו בצבע זה. וכמו שאנחנו יכולים לנחש, האלל על הקונכייה השחורה ילך לאיבוד.

הדרך היחידה לקבל את אלל זה שוב היא האוכלוסייה היא להיכנס דרך הגירה או מוטציה.

ג'ין נסחף בפעולה: ברדלסים

התופעה של סחיפת גנים ניתן לראות באוכלוסיות טבעיות, והדוגמה הקיצונית ביותר היא ברדלס. אלה חתולים מהירה מנוסח שייכים המין Acinonyx jubatus.

לפני כ -10,000 שנה, הצ'יטאות - ואוכלוסיות אחרות של יונקים גדולים - חוו אירוע קיצוני של הכחדה. אירוע זה גרם "צוואר בקבוק" בעיר של ברדלס, שם רק כמה אנשים שרדו.

ניצולי התופעה הקטסטרופית של הפלייסטוקן הולידו את כל ברדלס של היום. ההשפעות של סחף, יחד עם inbreeding, יש homogenized האוכלוסייה כמעט לחלוטין.

למעשה, המערכת החיסונית של בעלי חיים אלה זהה כמעט בכל הפרטים. אם מסיבה כלשהי, כל אחד מהחברים נזקק לתרומת איבר, כל אחד מבני הזוג יכול לעשות זאת מבלי לגרום לכל סירוב לדחייה.

התרומות הן נהלים המתבצעים בזהירות ויש צורך לדכא את המערכת החיסונית של הנמען כך שהוא לא יתקוף את "הסוכן החיצוני", גם אם מקורו של קרוב קרוב מאוד - בין אם הוא אחים או בנים.

דוגמה באוכלוסיות אנושיות: האיימיש

צווארי בקבוק והאפקט המכונן מתרחשים גם באוכלוסיות אנושיות קיימות, ויש להם השלכות חשובות מאוד בתחום הרפואי.

האיימיש הם קבוצה דתית. הם מאופיינים בסגנון חיים פשוט, ללא טכנולוגיה ונוחות עכשווית אחרת - בנוסף לשאת בתדירות גבוהה מאוד של מחלות ופתולוגיות גנטיות.

כ- 200 מושבות הגיעו לפנסילבניה (ארה"ב), מאירופה, והחלו להתרבות בקרב אותם חברים.

ההערכה היא כי בין המתנחלים היו נשאים של מחלות גנטיות אוטוזומליות רצסיביות, ביניהן תסמונת אליס-ואן קריוולד. תסמונת זו מאופיינת בתכונות של גמד ו polydactyly (מספר גבוה של אצבעות, גדול מ 5 ספרות).

המחלה נמצאה באוכלוסיה הראשונית עם תדירות של 0.001 וגדלה באופן משמעותי ל -0.07..

הפניות

1. אודסירק, ט, אודסירק, ג ', & Byers, B. (2004). ביולוגיה: מדע וטבע. חינוך פירסון.
2. קרטיס, ח ', ושנק, א' (2006). הזמנה לביולוגיה. אד פנמריקנה מדיקל.
3. פרימן, ס ', והרון, י' ג. (2002). ניתוח אבולוציוני. פרנטיס הול.
4. Futuyma, D. J. (2005). אבולוציה . סינואר.
5. Hickman, C. P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). עקרונות משולבים של זואולוגיה (כרך 15). ניו יורק: מקגרו היל.
6. מאייר, (1997). אבולוציה ומגוון החיים: מסות נבחרות. אוניברסיטת הרווארד.
7. רייס, ס '(2007).אנציקלופדיה של האבולוציה. עובדות על קובץ.
8. ראסל, פ, הרץ, פ, מקמילן, ב '(2013). ביולוגיה: המדע הדינאמי. נלסון חינוך.
9. סולר, מ. (2002). אבולוציה: הבסיס לביולוגיה. דרום.