Genetický drift: co to je a jak to ovlivňuje biologickou evoluci?

Biologický vývoj, koncipovaný jako soubor změn v dědičných vlastnostech v živé bytosti po celé generace, je motorem samotného života a adaptace na nový prostředí.

Variace v populaci živých bytostí je dána řadou mutací v DNA, ke kterým dochází náhodně, to znamená, že nereaguje na vědomý mechanismus. Přesto mohou být procesy výběru těchto mutací náhodné nebo naopak mohou mít plně opodstatněné vysvětlení.

Evoluce je tedy síla, která je udržována náhodnými mutacemi, genetickou rekombinací během sexuální reprodukce a tok genů (vstup nových členů do populace), kromě mnoha dalších faktorů. Jedním z těchto zásadních faktorů, který často uniká obecnému porozumění, je pojem, který se nás zde týká: genetický drift. Zde vysvětlujeme vše o tomto fascinujícím procesu.

• Související článek: „Teorie biologické evoluce“

Co je genetický drift?

Nejprve můžeme tento komplexní pojem definovat jako „evoluční sílu, která působí ve spojení s přirozeným výběrem tak, že v průběhu času mění alelové frekvence druhů.“ Jako předmluvu je třeba poznamenat, že

je to stochastický proces, to znamená, že k němu dochází v důsledku náhody nebo sporadických nesouvisejících účinků.

Kromě této počáteční charakteristiky je dalším z termínů, které definují genetický drift, ztráta, protože toto výběrová síla podporuje variaci alel v populaci, některé opravuje a podporuje zmizení ostatní. Uvidíme to podrobněji v následujících řádcích.

O alelách a populaci

Zjednodušení genetických pojmů, můžeme potvrdit, že alela je každá z variant, které může stejný gen představovat. Klasickým příkladem jsou semena hrachu, která Mendel používá k vysvětlení genetické segregace napříč generacemi. Dominantní alela „A“ může kódovat zelenou barvu semen, zatímco recesivní alela „a“ kóduje žlutou barvu.

Protože většina zvířat jsou diploidní bytosti (které mají v jádře dvě sady homologních chromozomů), každá ze dvou kódujících alel postavy přijde od otce a matky, a proto by v tomto případě byly možné variace následující: AA, Aa a aa. Pokud tedy pochopíme, že jedinec zdědí pro každý gen dvě alely, přijde jeho fenotyp (vnější vlastnosti) přímo kódované jejich genotypem (alelické kombinace v jejich genomu), který se dědí jako kombinace těch z Jeho rodiče.

Zadruhé, pojem „populace“ je třeba v oblasti biologie trochu prozkoumat genetický drift působí na populace a ne na samotný druh. Druh je „uzavřený“ koncept, protože si nemůže vyměňovat geny s jinými různými entitami. Na druhou stranu je populace koncipována jako „otevřené“ oddělení, protože do něj mohou vstupovat různí členové jiných členů. populace, ale stejného druhu a množí se mezi nimi, což je událost, která bude mít v řádcích zásadní význam později. Jakmile jsme oba pojmy stanovili obecně, jsme připraveni porozumět základu genetického driftu.

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

Teoretický základ driftu

Je čas držet se sedadla, protože křivky a pojmy jsou trochu složitější k vysvětlení. Genetický drift je dána rozptylem alelické frekvence, tj. variabilitou znaků vzhledem ke střední hodnotě. Tuto evoluční sílu tedy můžeme vypočítat pomocí následujícího vzorce:

• sp2 odpovídá rozptylu alelových frekvencí populací, tj. samotnému genetickému driftu.
• p a q jsou alelové frekvence dvou populací znaku.
• N je počet jedinců v každé ze dvou populací.

Každý z těchto parametrů je samozřejmě získáván pomocí složitých vzorců, takže se nebudeme více zaměřovat na matematické základy této evoluční síly. Pokud musí být myšlenka po přečtení těchto řádků jasná, je to následující: čím menší je velikost populace, tím více energie bude mít genetický drift nad svými členy.

Efektivní velikost populace

V předchozím odstavci jsme představili klíčový pojem: velikost populace. Pravdou je, že když vezmeme v úvahu velikost genetického driftu, nestojí vědci jen za započítání jednotlivců v populaci. V těchto případech počet zvířat, která se v něm množí, musí být spolehlivě kvantifikován.

Velmi jasným příkladem rozdílu mezi celkovou populací a efektivní velikostí populace jsou demografické studie obojživelníků. Například obyčejnou populaci ropuchy může tvořit 120 členů. Pokud se uchýlíme k genetické analýze, můžeme pozorovat, že jistě se ročně rozmnožuje pouze asi 40 dospělých jedinců, což zanechává maximum potomků. Efektivní velikost populace (Ne), která by utrpěla účinky driftu, by tedy byla 40, ne 120.

Účinky genetického driftu

Genetický drift má několik dopadů na populace živých bytostí, ale můžeme je rozdělit do dvou velkých bloků:

• Produkuje změnu frekvencí alel v populaci. To může znamenat, že se tyto hodnoty zvyšují nebo snižují, protože jde o čistou náhodu.
• Snižuje dlouhodobé genetické variace v populacích.

Tento poslední bod má zásadní význam, protože genetický drift snižuje variabilitu, což se v konečném důsledku promítá do větší zranitelnosti populace vůči změnám prostředí. Vezměme si praktický příklad.

Pokud máme fiktivní populaci 10 ptáků, 8 červených a 2 žlutých, je přirozené si myslet, že čistou náhodou je to pravděpodobnější než v příští generace se červené členy zdají být více zastoupeny (protože pokud je z těchto 10 reprodukováno pouze 3, existuje možnost, že jsou všechny 3 barevné Červené). V první generaci by alelová frekvence červeného znaku „p“ byla 0,8, zatímco žlutý znak „q“ měl frekvenci 0,2.

Pokud by se v případě události rozmnožily pouze 3 muži a ženy červené barvy, teoreticky by alela q mohla zmizet příští generace, tedy p = 1 a q = 0, všichni potomci jsou červení (znak p by byl soubor). Toto je skutečný účinek genetického driftu, který náhodou produkuje fixaci nejvíce distribuovaných znaků v populaci a končí vyřazením těch nejunikátnějších.

Záchrana populací

Naštěstí máme sílu, která se tomuto náhodnému výběru z velké části vyhýbá: přirozený výběr. V tomto případě, čelíme evolučnímu motoru, který vůbec neodpovídá náhodným a stochastickým procesům, protože vlastnosti každého jedince mohou určovat jeho přežití, reprodukci a následné zastoupení v budoucích generacích.

Je třeba také poznamenat, že výše uvedený příklad je docela kulhavý kvůli redukci, kterou si sám stanovil, protože je zjevně mnoho morfologických znaků kódováno více než jedním genem (například barvou očí) příklad). Kromě toho je v populaci 1 000 jedinců spíše než 10 jasné, že zmizení alely je mnohem složitější než její „vymazání“ v jedné generaci.

Na druhou stranu, tok genů je další klíčový koncept, který se vyhýbá účinkům genetického driftu. Alela mohla být v populaci zafixována v průběhu času, ale pokud se objeví noví členové s různými alelami a Při reprodukci s jedinci původní populace je v následujícím textu uvedena obnovená genetická variabilita generace.

Nakonec je nutné to omezit mutace se vyskytují náhodně v živých věcech. V DNA, která kóduje nové alely, tedy mohou vznikat variace, a proto (at méně teoreticky) v uzavřené populaci se nové znaky mohou i nadále objevovat v a sporadický.

Životopis

Jak jsme viděli, genetický drift je to hlavní evoluční motor živých bytostí spolu s přirozeným výběrem, ale liší se od druhé kvůli své nahodilé a náhodné povaze. Z čistě teoretického hlediska, pokud by nedošlo k žádným událostem, jako je tok genů, výskyt mutací nebo Při přirozeném výběru by všechny populace měly pro každý gen jednu alelu, i kdyby to trvalo mnoho generace.

To se přirozeně promítá do menší genetické variability, což znamená horší reakci na populační a individuální úrovni na změny a environmentální sklon. Genetickému driftu tedy čelí sám život, protože má samozřejmě zjevný škodlivý charakter.

Bibliografické odkazy:

• Genetic Drift, khanacademy.org. Vyzvednuto 23. října v https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/natural-selection/population-genetics/a/genetic-drift-founder-bottleneck#:~:text=La%20deriva%20g%C3%A9nica%20sucede%20en, 0% 25% 20% 2C% 20de% 20other% 20alelos.
• Eguiarte, L., Aguirre-Planter, E., Scheinvar, E., González, A., & Souza, V. (2010). Tok genů, diferenciace a genetická struktura populací, příklady mexických druhů rostlin. Laboratoř molekulární a experimentální evoluce, Oddělení evoluční ekologie, Ústav ekologie, Národní autonomní univerzita v Mexiku, 1-30.
• Futuyma, D. J. (1992). Evoluční biologie (sv. 2). 2. vyd. Ribeirão Preto: SBG.