Ефект на основателя: какво е това и как влияе върху биологичната еволюция

От датата на публикуване на "Произходът на видовете" от известния Чарлз Дарвин през 1859 г. хората вече не схващат живите същества като неподвижни и статични същества в своята история еволюционен. Според постулацията на теорията за естествения подбор, живите същества претърпяват случайни мутации в целия поколения, а някои знаци са фиксирани поради тяхната полезност, докато други са дискриминирани и изчезват с метеорологично време.

Например, индивид от определен вид морски молец може да претърпи мутация в ген, произвеждащ меланин по време на своето развитие и следователно, представлява напълно оцветен черен. Ако тази характеристика е наследствена и помага на екземпляра да остане скрит в кората на дърветата за по-дълго време, той ще се размножава повече пъти, тъй като биологичната му способност ще се е увеличила. По този начин тази черта ще се разпространи в популацията, тъй като черните молци ще се размножават повече от белите молци. Толкова просто.

От друга страна, черният цвят на молеца може да привлече вниманието на хищниците по-лесно и мутиралият индивид се жертва веднага щом се роди. В този случай той ще умре директно и вредният ген ще изчезне от генофонда на населението. С тези основи на място, ние се потапяме в

ефектът на основателя или какво е същото, последствията, произтичащи от съществуването на много малка популация от даден вид в дадена екосистема.

• Свързана статия: "Поведенческата генетика: определение и нейните 5 най-важни открития"

Основите на генетичния дрейф

Както вече казахме, Дарвин постулира в "Произходът на видовете" естествения подбор като еволюционен двигател на популациите, но е интересно да се знае, че това не е единственият механизъм в природата, който променя алелните честоти на съществата жив. Също имаме генетичен дрейф, напълно стохастичен процес, който е следствие от произволно вземане на проби при размножаване и който като цяло има тенденция да намалява генетичното разнообразие организми (хомозиготност). Нека разгледаме същия пример, цитиран по-горе, от друга гледна точка.

Да кажем, че имаме мини популация от 5 молци, 4 бели и една черна. Оказва се, че черният цвят е наистина полезен за вида, защото позволява отлична мимикрия в дървесна кора, но за съжаление мутиралият черен екземпляр умира, когато се сблъска със стъклото на a кола. Цветът му няма нищо общо със смъртта му и въпреки че има благоприятен характер, той е напълно изтрит от населението.

Поради тази "грешка в извадката", напълно жизнеспособни алели за конкретна популация понякога могат да изчезнат, без да се обръща внимание на логични причини или механизмите на естествения подбор. Както и да е, трябва да се отбележи, че генетичният дрейф действа много по-силно при малки популации: Ако имахме 5000 молци в цитираната популация и 1000 от тях бяха черни, шансовете всички черни да изчезнат на случаен принцип са много по-ниски.

При обяснението на генетичния дрейф много повече понятия играят съществена роля. Някои от тях са честоти на алели, ефективен размер на популацията, потенциални затруднения и т.н. Във всеки случай в останалите редове ще се съсредоточим върху една от най-известните причини за генетичен дрейф в света на зоологията: ефектът на основателя.

Какъв е ефектът на основателя?

Ефектът на основателя е една от най-ясните причини за механизмите на генетичния дрейф, заедно с ресурсните ограничения в дадена среда и еволюционното затруднение. В този конкретен случай говорим за загубата на генетична информация, когато малка част от голяма популация стане независима от нея на различен терен.

Нека потърсим нов пример, защото цветът на молците не дава за повече. Да предположим, че имаме популация от 200 птици, които извършват трансатлантическа миграция всяка година от континент на континент, за да се размножават. По някаква причина при едно от тези взискателни пътувания 10 от тези птици са отделени от стадото първоначално в търсене на нови територии и изтощени търсят убежище на малък остров в средата на Нищо.

Ако този остров разполага с необходимите ресурси и има явна липса на хищници, тези 10 птици могат да се заселят на островната земя и да решат да не мигрират. По този начин е установена нова популация от 10 екземпляра от друга, която се състои от 200. Изборът на изборите е напълно случаен и следователно честотата на алелите на новите индивиди може да бъде много различна от тази, която се очаква в общата популация.

Например 1 на 100 птици може да има по-голяма сметка от останалите, а 1 на 50 са зелени вместо жълти. Ако се окаже, че в резултат на произволност 3 от тези птици основателки представят тези черти в a общо население от 10, повече от възможно е тези алели да бъдат фиксирани в бъдещите поколения, въпреки че не са "правилото". Така че, ефектът на основателя може да доведе до фиксиране на черти във вид, който, ако е по-голяма популация, никога няма да го направи.

• Може да се интересувате от: "Генетичен дрейф: какво е това и как влияе върху биологичната еволюция?"

Ефектите от ефекта на основателя

Както можете да си представите, в зависимост от характеристиките на "основателите", с течение на времето между членовете на първоначалната популация и новата може да настъпи дълбок разрив. Нещото става много по-интересно, ако вземем предвид, че освен това естественият подбор също може да действа върху алелите на основателите по различен начин от тези, които присъстват в голямата популация.

Ако продължим с предишния пример, става ясно, че да имаш 10 екземпляра в екзотична среда не е нищо като да живееш в група от 200 в континентален терен. Следователно, избраните нетипични черти (голяма купюра и зелен цвят) могат да бъдат полезни в дългосрочен план за тези, които ги носят. Например ни хрумва, че зеленият оттенък може да имитира птицата по върховете на палмите, а голям клюн би бил много полезен за разбиване на кокосовите орехи и достъп до храна.

По този начин, в допълнение към "грешката при вземане на проби" на самия подбор, е възможно селекцията да благоприятства нетипични генотипове (и фенотипове) с течение на времето поради новите налагания на околната среда. По този начин, потомството на основателите ще бъде по-зелено и по-зелено и с най-висок връх статистически погледнато, докато достигне точка на максимална годност за експлоатацията на новата им ниша. Не забравяйте, че еволюцията не създава перфектни същества, защото казано в разговор и съгрешаващи редукционисти, „правиш каквото можеш с това, което имаш“.

В този конкретен и перфектен сценарий може да се очаква, че островните колонизатори в крайна сметка ще бъдат подвид, а по-късно и техен собствен вид през вековете. Когато член на островното население не е в състояние да се възпроизвежда с друг от оригинала (или по анатомия, поведение, прециготични бариери и др.) може да се каже, че и двата екземпляра принадлежат в крайна сметка на a различни видове. Това е ясен пример за това как ефектът на основателя може да предизвика видообразуване в островна среда.

• Може да се интересувате от: "Спецификация: какво е и как се развива в биологичната еволюция"

Продължи

Представихме ви идилична обстановка, за да разберете какъв е ефектът на основателя, но за съжаление природата обикновено не работи така. Една от големите слабости на малките популации е, че те са склонни към хомозиготност и инбридинг, така е това означава, че генетичната изменчивост се губи през поколенията поради липсата на репродуктивни индивиди познати. По този начин е най-вероятно популация от 10 екземпляра никога да не започне и, ако се случи, потомството 3-4 поколения по-късно ще бъде нежизнеспособно.

Възможно е също така, по каквато и да е причина, герой, който преди това е увеличил еволюционната жизнеспособност, да престане да го прави с течение на времето.

Ако няма генетично разнообразие (ако едни и същи алели са винаги фиксирани), всички индивиди в малка популация ще бъдат горе-долу еднакво подготвени за промени в околната среда, така че рискът от изчезване се умножава значително. Ефектът на основателя може да насърчи видообразуването, но и пълното изчезване на популация поради липса на генетично разнообразие.

Библиографски справки:

• Грийнбаум, Г., Темпълтън, А. R., Zarmi, Y. и Bar-David, S. (2014). Алелно богатство след събития, основаващи популацията - рамка за стохастично моделиране, включваща генния поток и генетичния дрейф. PloS one, 9 (12), e115203.
• Кинг, Т. E., & Jobling, M. ДА СЕ. (2009). Основатели, отклонение и изневяра: връзката между разнообразието на Y хромозома и патрилинейните фамилни имена. Молекулярна биология и еволюция, 26 (5), 1093-1102.
• Пардо, Л. М., MacKay, I., Oostra, B., van Duijn, C. М., & Aulchenko, Y. С. (2005). Ефектът от генетичния дрейф при млада генетично изолирана популация. Анали на човешката генетика, 69 (3), 288-295.
• Слаткин, М. и Екскофиър, Л. (2012). Ефекти от серийния основател при разширяване на обхвата: пространствен аналог на генетичния дрейф. Генетика, 191 (1), 171-181.
• Уитлок, М. ° С. (1997). Основателни ефекти и пикови отмествания без генетичен дрейф: адаптивните пикови измествания се случват лесно, когато средата леко се колебае. Еволюция, 51 (4), 1044-1048.