Ιδρυτικό αποτέλεσμα: τι είναι και πώς επηρεάζει τη βιολογική εξέλιξη

Από την ημερομηνία δημοσίευσης του "The Origin of Species" από τον διάσημο Charles Darwin το 1859, οι άνθρωποι δεν αντιλαμβάνονται πλέον τα ζωντανά όντα ως ακίνητες και στατικές οντότητες στην ιστορία τους εξελικτική. Σύμφωνα με τη διατύπωση της θεωρίας της φυσικής επιλογής, τα έμβια όντα υφίστανται τυχαίες μεταλλάξεις σε όλο το γενιές και ορισμένοι χαρακτήρες διορθώνονται λόγω της χρησιμότητάς τους, ενώ άλλοι διακρίνονται και εξαφανίζονται με το καιρός.

Για παράδειγμα, ένα άτομο ενός συγκεκριμένου σκώρου χρώματος τράπεζας μπορεί να υποστεί μετάλλαξη ένα γονίδιο που παράγει μελανίνη κατά την ανάπτυξή του και, ως εκ τούτου, παρουσιάζει ένα εντελώς χρωματισμένο μαύρος. Εάν αυτό το χαρακτηριστικό είναι κληρονομικό και βοηθά το δείγμα να παραμείνει κρυμμένο στον φλοιό των δέντρων για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, θα αναπαραχθεί περισσότερες φορές, καθώς η βιολογική του ικανότητα θα έχει αυξηθεί. Έτσι, αυτό το χαρακτηριστικό θα εξαπλωθεί σε όλο τον πληθυσμό, καθώς οι μαύροι σκώροι θα αναπαραχθούν περισσότερο από τους λευκούς σκώρους. Τόσο απλό.

Από την άλλη πλευρά, το μαύρο χρώμα του σκώρου μπορεί να προσελκύσει την προσοχή των αρπακτικών πιο εύκολα και το μεταλλαγμένο άτομο γίνεται θήραμα μόλις γεννηθεί. Σε αυτήν την περίπτωση, θα πεθάνει άμεσα και το επιβλαβές γονίδιο θα εξαφανιστεί από την ομάδα γονιδίων του πληθυσμού. Με αυτά τα θεμέλια στη θέση τους, βυθίζουμε το ιδρυτικό αποτέλεσμα, ή το ίδιο, οι συνέπειες που προκύπτουν από την ύπαρξη ενός πολύ μικρού πληθυσμού ενός είδους σε ένα δεδομένο οικοσύστημα.

• Σχετικό άρθρο: "Γενετική συμπεριφοράς: ορισμός και τα 5 πιο σημαντικά ευρήματά του"

Τα βασικά της γενετικής μετατόπισης

Όπως έχουμε ήδη πει, ο Δαρβίνος υποστήριξε στη φυσική επιλογή "Η προέλευση των ειδών" ως την εξελικτική μηχανή των πληθυσμών, αλλά είναι ενδιαφέρον να γνωρίζουμε ότι αυτός δεν είναι ο μόνος μηχανισμός στη φύση που μεταβάλλει τις αλληλικές συχνότητες των όντων ζωντανός. Επίσης έχουμε γενετική μετατόπιση, μια εντελώς στοχαστική διαδικασία που είναι συνέπεια της τυχαίας δειγματοληψίας στην αναπαραγωγή και που, γενικά, τείνει να μειώσει τη γενετική ποικιλομορφία οργανισμοί (ομοζυγωτικότητα). Ας δούμε το ίδιο παράδειγμα που αναφέρθηκε παραπάνω από μια άλλη οπτική γωνία.

Ας πούμε ότι έχουμε έναν μίνι πληθυσμό 5 σκώρων, 4 λευκών και ενός μαύρου. Αποδεικνύεται ότι το μαύρο χρώμα είναι πραγματικά ευεργετικό για το είδος επειδή επιτρέπει εξαιρετική μίμηση στο φλοιός δέντρου, αλλά δυστυχώς, το μεταλλαγμένο μαύρο δείγμα πεθαίνει όταν συγκρούεται με το ποτήρι ενός αυτοκίνητο. Το χρώμα του δεν είχε καμία σχέση με το θάνατό του και, παρά το γεγονός ότι παρουσιάζει έναν ευεργετικό χαρακτήρα, διαγράφεται εντελώς από τον πληθυσμό.

Λόγω αυτού του "σφάλματος δειγματοληψίας", εντελώς βιώσιμα αλληλόμορφα για έναν συγκεκριμένο πληθυσμό μπορεί μερικές φορές να εξαφανιστούν, χωρίς να ληφθούν υπόψη λογικοί λόγοι ή οι μηχανισμοί φυσικής επιλογής. Τέλος πάντων, πρέπει να σημειωθεί ότι η γενετική μετατόπιση λειτουργεί πολύ πιο έντονα σε μικρούς πληθυσμούς: Αν είχαμε 5.000 σκώρους στον αναφερόμενο πληθυσμό και 1.000 από αυτούς ήταν μαύροι, οι πιθανότητες να εξαφανιστούν όλοι οι μαύροι τυχαία είναι πολύ χαμηλότερες.

Στην εξήγηση της γενετικής μετατόπισης, πολλές ακόμη έννοιες παίζουν βασικούς ρόλους. Μερικά από αυτά είναι συχνότητες αλληλόμορφων, αποτελεσματικό μέγεθος πληθυσμού, πιθανά σημεία συμφόρησης κ.λπ. Σε κάθε περίπτωση, στις υπόλοιπες γραμμές θα επικεντρωθούμε σε μια από τις πιο γνωστές αιτίες γενετικής μετατόπισης στον κόσμο της ζωολογίας: το φαινόμενο του ιδρυτή.

Ποιο είναι το εφέ ιδρυτή;

Το ιδρυτικό αποτέλεσμα είναι μια από τις σαφέστερες αιτίες των γενετικών μηχανισμών μετατόπισης, μαζί με τους περιορισμούς πόρων σε ένα δεδομένο περιβάλλον και την εξελικτική συμφόρηση. Σε αυτήν τη συγκεκριμένη περίπτωση, μιλάμε η απώλεια γενετικών πληροφοριών όταν ένα μικρό τμήμα ενός μεγάλου πληθυσμού γίνεται ανεξάρτητο από αυτό σε διαφορετικό έδαφος.

Ας αναζητήσουμε ένα νέο παράδειγμα, γιατί το χρώμα των σκώρων δεν δίνει περισσότερα. Τώρα, ας υποθέσουμε ότι έχουμε έναν πληθυσμό 200 πουλιών, τα οποία κάνουν μια διατλαντική μετανάστευση κάθε χρόνο από ήπειρο σε ήπειρο για αναπαραγωγή. Για οποιονδήποτε λόγο, σε ένα από αυτά τα απαιτητικά ταξίδια, 10 από αυτά τα πουλιά χωρίζονται από το κοπάδι αρχικά σε αναζήτηση νέων εδαφών και, εξαντλημένοι, αναζητούν καταφύγιο σε ένα μικρό νησί στη μέση του τίποτα.

Εάν αυτό το νησί διαθέτει τους απαραίτητους πόρους και υπάρχει σαφής έλλειψη αρπακτικών, αυτά τα 10 πουλιά μπορεί να εγκατασταθούν στη γη του νησιού και να αποφασίσουν να μην μεταναστεύσουν. Έτσι, ένας νέος πληθυσμός 10 δειγμάτων έχει δημιουργηθεί από έναν άλλο που αποτελείται από 200. Η δειγματοληψία επιλογής ήταν εντελώς τυχαία και, επομένως, η συχνότητα αλληλόμορφων των νέων ατόμων μπορεί να είναι πολύ διαφορετική από αυτήν που αναμενόταν στον γενικό πληθυσμό.

Για παράδειγμα, 1 στα 100 πουλιά μπορεί να έχει μεγαλύτερο λογαριασμό από τα υπόλοιπα και 1 στα 50 είναι πράσινο αντί για κίτρινο. Εάν αποδειχθεί ότι, ως αποτέλεσμα της τυχαιότητας, 3 από αυτά τα ιδρυτικά πουλιά παρουσιάζουν αυτά τα χαρακτηριστικά στο α Συνολικός πληθυσμός 10, είναι πιθανότερο ότι αυτά τα αλληλόμορφα θα είναι σταθερά στις μελλοντικές γενιές, παρόλο που δεν είναι "ο κανόνας". Ετσι ώστε, Το φαινόμενο του ιδρυτή μπορεί να προκαλέσει τη διόρθωση των χαρακτηριστικών σε ένα είδος που, εάν ήταν μεγαλύτερος πληθυσμός, δεν θα το έκανε ποτέ.

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: "Γενετική μετατόπιση: τι είναι αυτό και πώς επηρεάζει τη βιολογική εξέλιξη;"

Τα αποτελέσματα του εφέ ιδρυτή

Όπως μπορείτε να φανταστείτε, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά των «ιδρυτών», μια βαθιά ρήξη μπορεί να πραγματοποιηθεί με την πάροδο του χρόνου μεταξύ των μελών του αρχικού πληθυσμού και του νέου. Το πράγμα γίνεται πολύ πιο ενδιαφέρον αν το θεωρήσουμε, επιπλέον, Η φυσική επιλογή είναι επίσης πιθανό να δρα στα αλληλόμορφα των ιδρυτών διαφορετικά από εκείνα που υπάρχουν στον μεγάλο πληθυσμό.

Αν συνεχίσουμε με το προηγούμενο παράδειγμα, είναι σαφές ότι το να είσαι 10 δείγματα σε ένα εξωτικό περιβάλλον δεν μοιάζει με το να ζεις σε μια ομάδα 200 σε ένα ηπειρωτικό έδαφος. Επομένως, τα επιλεγμένα άτυπα χαρακτηριστικά (μεγάλος λογαριασμός και πράσινο χρώμα) μπορεί να είναι ευεργετικά μακροπρόθεσμα για όσους τα μεταφέρουν. Για παράδειγμα, συμβαίνει σε μας ότι μια πράσινη απόχρωση θα μπορούσε να μιμηθεί το πουλί στις κορυφές των φοινίκων και ένα μεγάλο ράμφος θα ήταν πολύ χρήσιμο να σπάσει τις καρύδες και να έχει πρόσβαση σε τρόφιμα.

Έτσι, εκτός από το "σφάλμα δειγματοληψίας" της ίδιας της επιλογής, είναι πιθανό η επιλογή να ευνοεί τους άτυπους γονότυπους (και τους φαινοτύπους) με την πάροδο του χρόνου λόγω των νέων επιθέσεων του περιβάλλοντος. Έτσι, ο απόγονος των ιδρυτών θα ήταν πιο πράσινος και πιο πράσινος και με την υψηλότερη κορυφή στατιστικά, μέχρι να φτάσει σε ένα σημείο μέγιστης καταλληλότητας για την εκμετάλλευση της νέας θέσης τους. Να θυμάστε ότι Η εξέλιξη δεν δημιουργεί τέλεια όντα, επειδή είπε ομιλητικά και αμαρτωλοί αναγωγικοί, "κάνετε ό, τι μπορείτε με αυτό που έχετε".

Σε αυτό το συγκεκριμένο και τέλειο σενάριο, θα μπορούσε να αναμένεται ότι οι αποικιστές του νησιού θα καταλήξουν να είναι υποείδος και, αργότερα, το δικό τους είδος κατά τη διάρκεια των αιώνων. Όταν ένα μέλος του νησιωτικού πληθυσμού δεν μπορεί να αναπαραχθεί με άλλο από το πρωτότυπο (είτε με ανατομία, συμπεριφορά, προκαγκωτικά εμπόδια και άλλα) μπορεί να ειπωθεί ότι και τα δύο δείγματα ανήκουν, τελικά, σε ένα διαφορετικά είδη. Αυτό είναι ένα σαφές παράδειγμα του πώς το φαινόμενο του ιδρυτή μπορεί να προκαλέσει κερδοσκοπία σε ένα νησιωτικό περιβάλλον.

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: «Ειδικοποίηση: τι είναι και πώς εξελίσσεται στη βιολογική εξέλιξη»

ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ

Σας παρουσιάσαμε ένα ειδυλλιακό περιβάλλον έτσι ώστε να καταλάβετε τι είναι το ιδρυτικό αποτέλεσμα, αλλά δυστυχώς η φύση δεν λειτουργεί συνήθως έτσι. Μία από τις μεγάλες αδυναμίες των μικρών πληθυσμών είναι ότι τείνουν να είναι ομόζυγοι και ενδογαμία Δηλαδή, ότι η γενετική μεταβλητότητα χάνεται κατά τη διάρκεια των γενεών λόγω της έλλειψης αναπαραγωγικών ατόμων όχι οικείος. Έτσι, είναι πολύ πιθανό ότι ένας πληθυσμός 10 δειγμάτων δεν θα ξεκινήσει ποτέ και, εάν συμβαίνει, ο απόγονος 3-4 γενεές αργότερα θα καταλήξει να μην είναι βιώσιμος.

Είναι επίσης πιθανό, για οποιονδήποτε λόγο, ένας χαρακτήρας που προηγουμένως αύξησε την εξελικτική βιωσιμότητα να το κάνει με την πάροδο του χρόνου.

Εάν δεν υπάρχει γενετική ποικιλομορφία (εάν τα ίδια αλληλόμορφα είναι πάντα σταθερά), όλα τα άτομα σε έναν μικρό πληθυσμό θα είναι λίγο πολύ εξίσου προετοιμασμένα για περιβαλλοντικές αλλαγές, έτσι ο κίνδυνος εξαφάνισης πολλαπλασιάζεται σημαντικά. Το ιδρυτικό αποτέλεσμα μπορεί να προωθήσει την κερδοσκοπία, αλλά και τη συνολική εξαφάνιση ενός πληθυσμού λόγω έλλειψης γενετικής ποικιλομορφίας.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

• Greenbaum, G., Templeton, A. R., Zarmi, Y., & Bar-David, S. (2014). Ο αλληλικός πλούτος μετά από γεγονότα ίδρυσης πληθυσμού - ένα στοχαστικό πλαίσιο μοντελοποίησης που ενσωματώνει τη ροή γονιδίων και τη γενετική μετατόπιση PloS one, 9 (12), e115203.
• Βασιλιάς, Τ. Ε., & Jobling, Μ. ΠΡΟΣ ΤΗΝ. (2009). Ιδρυτές, μετατόπιση και απιστία: η σχέση μεταξύ της ποικιλομορφίας του χρωμοσώματος Υ και των πατρικών επωνύμων. Molecular Biology and Evolution, 26 (5), 1093-1102.
• Pardo, Λ. Μ., MacKay, Ι., Oostra, B., van Duijn, C. Μ., & Aulchenko, Υ. ΜΙΚΡΟ. (2005). Η επίδραση της γενετικής μετατόπισης σε έναν νεαρό γενετικά απομονωμένο πληθυσμό. Χρονικά της ανθρώπινης γενετικής, 69 (3), 288-295.
• Slatkin, M., & Excoffier, L. (2012). Τα σειριακά ιδρυτικά εφέ κατά την επέκταση του εύρους: ένα χωρικό ανάλογο γενετικής μετατόπισης. Γενετική, 191 (1), 171-181.
• Whitlock, Μ. ΝΤΟ. (1997). Εφέ ιδρυτή και μετατοπίσεις αιχμής χωρίς γενετική μετατόπιση: οι προσαρμοστικές μετατοπίσεις κορυφής συμβαίνουν εύκολα όταν τα περιβάλλοντα κυμαίνονται ελαφρώς. Evolution, 51 (4), 1044-1048.