Geneetilised triivi põhjused, mõjud, näited



The geneetiline triiv või geen on stohhastiline evolutsioonimehhanism, mis põhjustab populatsiooni puhtuse juhuslike alleeli sageduste kõikumisi või variatsioone..

Charles Darwini loomulik valik ja geeni triiv on kaks kõige olulisemat protsessi, mis on seotud populatsioonide evolutsioonilise muutusega. Erinevalt looduslikust valikust, mida peetakse deterministlikuks ja mitte-juhuslikuks protsessiks, on geeni triiv protsess protsess, mida tõendab populatsiooni või haplotüüpide alleelsete sageduste juhuslikud kõikumised.

Geeni triiv viib mittesobivale arengule. Tegelikult on loomulik valik - ja mitte geeni triiv - ainus mehhanism, mida kasutatakse, et selgitada kõiki organismi kohandusi erinevatel tasanditel (anatoomilised, füsioloogilised või etoloogilised)..

See ei tähenda, et geeni triiv ei ole oluline. Üks selle nähtuse silmatorkavamaid tagajärgi on täheldatud molekulaarsel tasandil, DNA ja valgu järjestuste erinevuste vahel.

Indeks

  • 1 Ajalugu
  • 2 Põhjused
  • 3 Mõju
    • 3.1 Kuidas arvutada alleeli kadumise või fikseerimise tõenäosus?
    • 3.2 Elanike tõhus arv
    • 3.3 Puudujäägid ja nende tekkimise mõju
    • 3.4 Mõju DNA tasemel: neutraalne molekulaarse evolutsiooni teooria
    • 3.5 Miks on neutraalsed mutatsioonid?
  • 4 Näited
    • 4.1 Hüpoteetiline näide: teod ja lehmad
    • 4.2 Kuidas muutub tigude osakaal aja jooksul??
    • 4.3 Geeni triiv toimimises: Gepardid
    • 4.4 Näide inimeste populatsioonidest: Amish
  • 5 Viited

Ajalugu

Geeni triivi teooria töötati välja 1930. aasta alguses, olulise bioloogi ja geneetiku nimega Sewal Wright..

Samamoodi olid Motoo Kimura panused selles valdkonnas erandlikud. See teadlane juhtis neutraalset molekulaararengu teooriat, kus ta selgitab, et geeni triivi mõju avaldab olulist panust arengusse DNA järjestuste tasemel.

Need autorid kavandasid matemaatilisi mudeleid, et mõista, kuidas geeni triiv toimib bioloogilises populatsioonis.

Põhjused

Geeni triivi põhjused on stohhastilised - st juhuslikud nähtused. Rahvastiku geneetika valguses on evolutsioon defineeritud kui elanikkonna alleeli sageduste ajaline muutus. Viivitus tähendab nende sageduste muutumist juhuslike sündmuste kaudu, mida nimetatakse "proovivõtuveadeks"..

Geeni triiv loetakse valimiveaks. Igasse põlvkonda kuuluvad geenid on eelmise põlvkonna geenide näidis.

Iga proovi suhtes võetakse prooviviga. See tähendab, et proovis leiduvate erinevate elementide osakaal muutub puhta juhuse tõttu.

Kujutage ette, et meil on 50 valge kiibiga ja 50 musta kiibiga kott. Kui me võtame neist kümme, võib juhtuda, et puhta juhuse korral saame 4 valget ja 6 musta; või 7 valget ja 3 musta. Teoreetiliselt oodatavate väärtuste (iga värvi 5 ja 5) ja eksperimentaalselt saadud väärtuste vahel on lahknevus.

Mõjud

Geeni triivi mõju ilmneb juhuslike muutustena populatsiooni alleeltsagedustes. Nagu me mainisime, toimub see siis, kui muutuva omaduse ja sobivus. Aja möödudes lõpevad allelid elanikkonnast fikseerima või kaduma.

Evolutsioonilises bioloogias mõistet sobivus Seda kasutatakse laialdaselt ja see viitab organismi võimele paljuneda ja ellu jääda. Parameeter varieerub vahemikus 0 kuni 1.

Seega ei ole triivi tõttu varieeruv omadus seotud indiviidi paljunemisega ja ellujäämisega.

Allelite kadumine toob kaasa geeni triivimise teise efekti: heterosügootsuse vähenemise populatsioonis. Teatud lookuse varieerumine väheneb ja lõpuks kaob see.

Kuidas arvutada alleeli kadumise või fikseerimise tõenäosus??

Tõenäosus, et alleel fikseeritakse populatsioonis, on võrdne selle sagedusega uurimise ajal. Alternatiivse alleeli fikseerimise sagedus on 1 - lk. Kus lk on võrdne alleelse sagedusega.

Seda sagedust ei mõjuta alleeli sageduste muutumise varasem ajalugu, seega ei saa ennustusi teha mineviku põhjal.

Kui vastupidi, alleel on tekkinud mutatsiooni tõttu, siis on selle fikseerimise tõenäosus lk = 1/2N. Kus N on elanikkonna arv. See on põhjus, miks mutatsioonidelt ilmnevad uued alleelid on väikestes populatsioonides kergemini kinnitatavad.

Lugeja peab mõistma, kuidas see mõjutaks selle väärtust lk kui nimetaja on väiksem. Loogiliselt suureneb tõenäosus.

Seega toimib geenide triivimise mõju väikestes populatsioonides kiiremini. Diploidses populatsioonis (kaks kromosoomide komplekti, nagu meie inimesed) esineb uute alleelide fikseerimine keskmiselt iga nelja tunni järel.N põlvkondadele. Aeg suureneb proportsionaalselt, suurendades N elanikkonnast.

Elanikkonna tõhus arv

The N mis on eelmistes võrrandites, ei viita väärtusele, mis on identne elanikkonna arvuga. See tähendab, et see ei ole samaväärne organismide loendusega.

Rahvastiku geneetikas kasutatakse parameetrit "populatsiooni tegelik arv" (Ne), mis on tavaliselt vähem kui kõik isikud.

Näiteks mõnedes ühiskondliku struktuuriga populatsioonides, kus domineerivad vaid mõned mehed, on elanikkonna efektiivne arv väga madal, kuna nende domineerivate meeste geenid annavad ebaproportsionaalselt suure panuse - kui me võrdleme neid ülejäänud meestega.

Sel põhjusel on kiirus, millega geeni triiv toimib (ja kiirus, millega heterosügootsus kaob), oodatust suurem, kui me loendame, sest populatsioon on väiksem kui näib olevat..

Kui hüpoteetilises populatsioonis loendame 20 000 inimest, kuid reprodutseeritakse vaid 2000 inimest, väheneb elanikkonna tegelik arv. Ja see nähtus, kus mitte kõik organismid elanikkonnas esinevad, on laialt levinud looduslikes populatsioonides.

Pudelikaelad ja asutamise mõju

Nagu me mainisime (ja me näitame matemaatiliselt), toimub triivimine väikestes populatsioonides. Kui alleelidel, mis ei ole nii sagedased, on suurem võimalus kaotada.

See nähtus on tavaline pärast seda, kui populatsioon kogeb sündmust "kitsaskoht". See toimub siis, kui märkimisväärne hulk elanikkonda kõrvaldatakse teatud liiki ettenägematute või katastroofiliste sündmustega (näiteks torm või laviin).

Vahetu mõju võib olla populatsiooni geneetilise mitmekesisuse vähenemine, geneetilise basseini või geenifondi suurus vähenemine.

Konkreetne kitsaskohtade juhtum on alustav mõju, kus väike arv inimesi eraldub algsest populatsioonist ja areneb isoleeritult. Näidetes, mida esitame hiljem, näeme, millised on selle nähtuse tagajärjed.

Mõju DNA tasemel: neutraalne molekulaarse evolutsiooni teooria

Motoo Kimura pakkus välja neutraalse molekulaarse evolutsiooni teooria. Enne selle teadlase ideid oli Lewontin & Hubby juba leidnud, et suur hulk variatsioone ensüümi tasemel ei suutnud aktiivselt säilitada kõiki neid polümorfisme (variatsioone).

Kimura järeldas, et neid aminohapete muutusi võib seletada geeni triivimise ja mutatsioonidega. Ta järeldab, et DNA ja valkude tasemel on geeni triivi mehhanismidel oluline roll.

Neutraalne termin viitab asjaolule, et enamik baaside asendusi, mis suudavad kindlaks määrata (jõuda sagedusega 1), on neutraalsed. sobivus. Seetõttu ei ole nendel triivi tõttu esinevatel variatsioonidel mingit adaptiivset tähendust.

Miks on neutraalsed mutatsioonid?

On mutatsioone, mis ei mõjuta indiviidi fenotüüpi. DNA-s krüpteeritakse kogu teave uue organismi loomiseks ja arendamiseks. See kood krüpteeritakse ribosoomide poolt tõlkeprotsessis.

Geneetilist koodi loetakse "triplettides" (kolm tähte) ja iga kolme tähte koodi aminohappe kohta. Kuid geneetiline kood on degenereerunud, mis näitab, et on rohkem kui üks koodon, mis kodeerib sama aminohapet. Näiteks koodonid CCU, CCC, CCA ja CCG on kõik aminohappe proliini koodid.

Seega, kui CCU järjestuses muutub see CCG-ks, on translatsiooni saaduseks proliin ja valgu järjestuses ei muutu..

Samamoodi võib mutatsioon muutuda aminohappeks, mille keemilised omadused ei erine oluliselt. Näiteks, kui alaniin muutub valiiniks vőibolla mõju valgu funktsionaalsusele on tundmatu.

Pange tähele, et see ei kehti kõigil juhtudel, kui muutus toimub valgu selles osas, mis on selle funktsionaalsuse seisukohalt oluline - ensüümide aktiivse kohana - mõju toimele. sobivus See võib olla väga oluline.

Näited

Hüpoteetiline näide: teod ja lehmad

Kujutage ette niitu, kus teod ja lehmad eksisteerivad. Teodel on võimalik eristada kahte värvi: must koor ja kollane kest. Tigude suremuse määravaks teguriks on lehmade jalajäljed.

Pange tähele, et kui tigu liigutatakse, ei sõltu see selle kestast, sest see on juhuslik sündmus. Selles hüpoteetilises näites algab tigude populatsioon võrdsetes osades värve (50 must tigu ja 50 kollast teod). Lehmade puhul kõrvaldada 6 mustat ja ainult 2 kollast, vahetusvärvide osakaalu.

Sarnaselt võib järgnevas sündmuses kollakad surra suuremas osas, kuna värvi ja purustamise tõenäosuse vahel ei ole mingit seost (aga puudub "kompenseeriva" efekti tüüp)..

Kuidas muutub tigude osakaal aja jooksul?

Selle juhusliku protsessi käigus on mustade ja kollaste kestade proportsioonid aja jooksul kõikuvad. Lõpuks jõuab üks kestadest kas kahest piirist: 0 u 1.

Kui saavutatud sagedus on 1 - oletame, et kollase koe alleeli puhul on kõik teod sellist värvi. Ja nagu me arvame, kaob musta koe alleel.

Ainus viis, kuidas see alleel uuesti on, on populatsioon siseneda läbi rände või mutatsiooni.

Geeni triiv toimimises: Gepardid

Geeni triivimise nähtust võib täheldada looduslikes populatsioonides ja kõige äärmuslikum näide on Gepardid. Need kiire ja stiilis kassid kuuluvad liigi hulka Acinonyx jubatus.

Umbes 10 000 aastat tagasi kogesid Cheetahid ja teised suurte imetajate populatsioonid äärmise väljasuremisjuhtumi. See sündmus põhjustas "kitsaskoht" Cheetahsi linnas, kus elas ainult üksikud inimesed.

Pleistotseeni katastroofilise nähtuse ellujäänud põhjustasid kõik tänapäevased gepardid. Dreifeerimise mõju koos sigimisega on homogeeninud populatsiooni peaaegu täielikult.

Tegelikult on nende loomade immuunsüsteem praktiliselt ühesugune kõikidel inimestel. Kui mõni liige vajab mingil põhjusel elundi annetamist, siis võiks ükski nende partneritest seda teha, ilma et see põhjustaks tagasilükkamise võimalust..

Annetused on protseduurid, mida viiakse läbi hoolikalt ja on vaja pärssida vastuvõtja immuunsüsteemi nii, et see ei rünnaks "välist agenti", isegi kui see on pärit väga lähedast sugulast - olgu see siis vennad või pojad.

Näide inimeste populatsioonidest: Amish

Ka kitsaskohad ja nende tekkev mõju esinevad praegustes inimeste populatsioonides ning neil on meditsiinivaldkonnas väga olulised tagajärjed.

Amish on usuline rühm. Neile on iseloomulik lihtne elustiil, mis ei sisalda tehnoloogiat ja muid praeguseid mugavusi - lisaks haiguste ja geneetiliste patoloogiate äärmiselt kõrgele esinemisele.

Euroopast saabus Pennsylvaniasse (USA) umbes 200 koloniseerijat ja hakkas samade liikmete seas paljunema.

Spekuleeritakse, et koloniseerijate hulgas olid autosomaalsete retsessiivsete geneetiliste haiguste kandjad, nende hulgas Ellis-van Creveldi sündroom. Seda sündroomi iseloomustavad dwarfismi ja polydactyly omadused (suur hulk sõrme, rohkem kui viis numbrit).

Haigus leiti algpopulatsioonis sagedusega 0,001 ja suurenes oluliselt 0,07-ni..

Viited

  1. Audesirk, T., Audesirk, G., ja Byers, B.E. (2004). Bioloogia: teadus ja loodus. Pearson Education.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Kutse bioloogiasse. Ed. Panamericana Medical.
  3. Freeman, S., & Herron, J. C. (2002). Evolutsiooniline analüüs. Prentice'i saal.
  4. Futuyma, D. J. (2005). Evolutsioon . Sinauer.
  5. Hickman, C. P., Roberts, L. S., Larson, A., Ober, W.C. & Garrison, C. (2001). Zooloogia integreeritud põhimõtted (Vol. 15). New York: McGraw-Hill.
  6. Mayr, E. (1997). Evolutsioon ja elu mitmekesisus: valitud esseed. Harvardi ülikooli ajakirjandus.
  7. Rice, S. (2007).Evolutioni entsüklopeedia. Faktid toimikust.
  8. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Bioloogia: dünaamiline teadus. Nelsoni haridus.
  9. Soler, M. (2002). Evolutsioon: bioloogia alus. Lõuna-projekt.