Efekt zakladatele: co to je a jak ovlivňuje biologickou evoluci

Ode dne zveřejnění "Původ druhů" slavným Charlesem Darwinem v 1859 už lidé ve své historii nepředstavují živé bytosti jako nepohyblivé a statické entity evoluční. Podle postulace teorie přirozeného výběru procházejí živé bytosti v celém světě náhodnými mutacemi generace a některé postavy jsou opraveny kvůli jejich užitečnosti, zatímco jiné jsou diskriminovány a zmizí s počasí.

Například jedinec konkrétního druhu můry zbarvené banky může podstoupit mutaci v gen produkující melanin během svého vývoje, a proto představuje zcela zbarvený Černá. Pokud je tato vlastnost dědičná a pomůže vzorku zůstat déle skrytý v kůře stromů, bude se množit vícekrát, protože se zvýší jeho biologická zdatnost. Tato vlastnost se tedy rozšíří po celé populaci, protože černé můry budou reprodukovat více než bílé můry. Tak jednoduché.

Na druhou stranu, černá barva můry může upoutat pozornost predátorů snadněji a mutovaný jedinec je loven, jakmile se narodí. V tomto případě by zemřel přímo a škodlivý gen by zmizel z genofondu populace. Když jsou tyto základy na místě, ponoříme se dovnitř

efekt zakladatele, nebo co je stejné, důsledky odvozené z existence velmi malé populace druhu v daném ekosystému.

• Související článek: „Behaviorální genetika: definice a jejích 5 nejdůležitějších zjištění“

Základy genetického driftu

Jak jsme již řekli, Darwin předpokládal přirozený výběr „Původ druhů“ jako evoluční motor populací, ale je zajímavé vědět, že to není jediný přirozený mechanismus, který mění alelické frekvence bytostí naživu. Taky máme genetický drift, zcela stochastický proces, který je důsledkem náhodného odběru vzorků v reprodukci a který má obecně tendenci snižovat genetickou rozmanitost organismy (homozygotnost). Podívejme se na stejný výše citovaný příklad z jiné perspektivy.

Řekněme, že máme mini populaci 5 můr, 4 bílé a jednu černou. Ukazuje se, že černá barva je pro tento druh skutečně prospěšná, protože umožňuje vynikající mimiku v kůra stromu, ale bohužel zmutovaný černý exemplář zemře, když se srazí se sklenicí a auto. Jeho barva neměla s jeho smrtí nic společného a navzdory blahodárnému charakteru je z populace zcela vymazána.

Kvůli této „chybě vzorkování“ mohou někdy zcela životaschopné alely pro konkrétní populaci někdy zmizet, aniž by se musely věnovat logickým důvodům nebo mechanismům přirozeného výběru. Každopádně je třeba poznamenat, že genetický drift funguje mnohem silněji u malých populací: Pokud bychom v citované populaci měli 5 000 můr a 1 000 z nich bylo černých, šance, že všechny černé náhodně zmizí, jsou mnohem nižší.

Při vysvětlování genetického driftu hraje podstatnou roli mnohem více konceptů. Některé z nich jsou frekvence alel, efektivní velikost populace, potenciální úzká místa atd. V každém případě se ve zbývajících řádcích zaměříme na jednu z nejznámějších příčin genetického driftu ve světě zoologie: efekt zakladatele.

Jaký je efekt zakladatele?

Efekt zakladatele je jednou z nejjasnějších příčin mechanismů genetického driftu, spolu s omezeními zdrojů v daném prostředí a evolučním zúžením. V tomto konkrétním případě mluvíme o ztráta genetické informace, když se malá část velké populace na ní osamostatní v jiném terénu.

Podívejme se na nový příklad, protože barva můr nedává více. Nyní předpokládejme, že máme populaci 200 ptáků, kteří každoročně provádějí transatlantickou migraci z kontinentu na kontinent. Z jakéhokoli důvodu je na jednom z těchto náročných výletů odděleno 10 těchto ptáků od stáda zpočátku hledal nová území a vyčerpaný hledal útočiště na malém ostrově uprostřed nic.

Pokud má tento ostrov potřebné zdroje a je zde zjevný nedostatek predátorů, může se těchto 10 ptáků usadit na ostrovní zemi a rozhodnout se nemigrovat. Tak byla vytvořena nová populace 10 vzorků z jiného, ​​který se skládal z 200. Výběr vzorků byl zcela náhodný, a proto se alelová frekvence nových jedinců může velmi lišit od frekvence očekávané u obecné populace.

Například 1 ze 100 ptáků může mít větší účet než ostatní a 1 z 50 je zelených místo žlutých. Pokud se ukáže, že v důsledku náhodnosti 3 z těchto zakládajících ptáků vykazují tyto znaky v a při celkové populaci 10 je více než možné, že tyto alely budou v budoucích generacích zafixovány, i když nebudou "pravidlo". Aby, účinek zakladatele může způsobit zafixování znaků u druhu, který by, pokud by to byla větší populace, nikdy neudělal.

• Mohlo by vás zajímat: „Genetický drift: co to je a jak to ovlivňuje biologickou evoluci?“

Účinky efektu zakladatele

Jak si dokážete představit, v závislosti na charakteristikách „zakladatelů“ může v průběhu času dojít k hluboké roztržce mezi členy původní populace a novou populací. Věc se stává mnohem zajímavější, vezmeme-li v úvahu, že navíc přirozený výběr také pravděpodobně bude působit na alely zakladatelů odlišně od těch, které jsou přítomny ve velké populaci.

Pokud budeme pokračovat v předchozím příkladu, je jasné, že být 10 exempláři v exotickém prostředí není nic jako žít ve skupině 200 v kontinentálním terénu. Proto mohou být vybrané atypické vlastnosti (velký účet a zelená barva) z dlouhodobého hlediska pro ty, kteří je nosí, dlouhodobě prospěšné. Například nás napadne, že zelený odstín by mohl napodobit ptáka na vrcholcích palem a velký zobák by byl velmi užitečný k rozbití kokosových ořechů a přístupu k jídlu.

Kromě „chyby vzorkování“ samotné selekce je tedy možné, že selekce zvýhodňuje v průběhu času atypické genotypy (a fenotypy) v důsledku nové impozice prostředí. Potomci zakladatelů by tedy byli zelenější a zelenější a statisticky vzato s nejvyšším vrcholem, dokud by nedosáhli bodu maximální vhodnosti pro využití jejich nového výklenku. Pamatuj si to evoluce nevytváří dokonalé bytosti, protože hovorově a hříšně redukcionisté řekli: „děláte, co můžete, s tím, co máte“.

V tomto konkrétním a dokonalém scénáři lze očekávat, že ostrovní kolonizátoři budou po celá staletí nakonec poddruhem a později jejich vlastním druhem. Když člen ostrovní populace není schopen reprodukovat se s jiným originálem (buď anatomií, chování, precigotické bariéry a další) lze říci, že oba vzorky v konečném důsledku patří do a různé druhy. Toto je jasný příklad toho, jak efekt zakladatele může vyvolat speciaci v ostrovním prostředí.

• Mohlo by vás zajímat: „Speciace: co to je a jak se vyvíjí v biologické evoluci“

Životopis

Představili jsme vám idylické prostředí, abyste pochopili, jaký je zakladatelský efekt, ale příroda bohužel takhle obvykle nefunguje. Jednou z velkých slabin malých populací je to, že mají sklon k homozygotnosti a příbuzenskému plemenitbě, to znamená, že genetická variabilita se v průběhu generací ztrácí kvůli nedostatku reprodukčních jedinců známý. Je tedy velmi pravděpodobné, že populace 10 exemplářů nikdy nezačne, a pokud ano, potomci 3-4 generace před nimi nakonec nebudou životaschopní.

Je také možné, že z jakýchkoli důvodů to znak, který dříve zvyšoval evoluční životaschopnost, v průběhu času přestal dělat.

Pokud nebude existovat genetická rozmanitost (pokud budou vždy stejné alely fixovány), budou všichni jedinci v malé populaci víceméně stejně připraveni na změny prostředí, takže riziko vyhynutí se značně znásobuje. Efekt zakladatele může podporovat speciaci, ale také úplné zmizení populace kvůli nedostatku genetické rozmanitosti.

Bibliografické odkazy:

• Greenbaum, G., Templeton, A. R., Zarmi, Y., & Bar-David, S. (2014). Alelické bohatství po událostech zakládajících populaci - stochastický modelovací rámec zahrnující tok genů a genetický drift. PloS one, 9 (12), e115203.
• King, T. E., & Jobling, M. NA. (2009). Zakladatelé, drift a nevěra: vztah mezi diverzitou chromozomů Y a patrilineálními příjmeními. Molecular Biology and Evolution, 26 (5), 1093-1102.
• Pardo, L. M., MacKay, I., Oostra, B., van Duijn, C. M., & Aulchenko, Y. S. (2005). Vliv genetického driftu na mladou geneticky izolovanou populaci. Annals of human genetics, 69 (3), 288-295.
• Slatkin, M., & Excoffier, L. (2012). Účinky sériového zakladatele během rozšiřování dosahu: prostorový analog genetického driftu. Genetics, 191 (1), 171-181.
• Whitlock, M. C. (1997). Efekty zakladatele a posuny špiček bez genetického driftu: k adaptivním posunům špiček dochází snadno, když prostředí mírně kolísá. Evolution, 51 (4), 1044-1048.