Alapító hatás: mi ez és hogyan befolyásolja a biológiai evolúciót

A híres Charles Darwin "A fajok eredete" kiadásának napjától 1859-ben az emberek történelmük során már nem képzelik el az élőlényeket mint mozdíthatatlan és statikus entitásokat evolúciós. A természetes szelekció elméletének postulációja szerint az élőlények véletlenszerű mutációkon mennek keresztül az egész generációk, és egyes karakterek hasznosságuk miatt rögzülnek, míg mások megkülönböztetésre kerülnek, és eltűnnek a időjárás.

Például egy adott parti színű lepkefaj egyedének mutációja lehet melanint termelő gén a fejlődése során, ezért teljesen színes fekete. Ha ez a tulajdonság öröklődik, és elősegíti, hogy a példány hosszabb ideig rejtve maradjon a fák kérgében, akkor többször szaporodik, mivel biológiai alkalmassága megnő. Így ez a tulajdonság el fog terjedni az egész populációban, mivel a fekete lepkék többet fognak szaporodni, mint a fehér lepkék. Ilyen egyszerű az egész.

Másrészről a lepke fekete színe könnyebben felkeltheti a ragadozók figyelmét, és a mutált egyedet már megszületése után zsákmányul veszik. Ebben az esetben közvetlenül meghalna, és a káros gén eltűnne a populáció génállományából. Ezekkel az alapokkal a helyén elmerülünk

az alapító hatás, vagy ami ugyanaz, egy faj nagyon kis populációjának létezéséből adódó következmények egy adott ökoszisztémában.

• Kapcsolódó cikk: "Viselkedési genetika: meghatározás és 5 legfontosabb megállapítása"

A genetikai sodródás alapjai

Mint már mondtuk, Darwin a "Fajok eredete" című természetes szelekciót a populációk evolúciós motorjaként posztolta, de érdekes tudni, hogy a természetben nem ez az egyetlen mechanizmus, amely a lények allélfrekvenciáit változtatja élő. Is genetikai sodródásunk van, egy teljesen sztochasztikus folyamat, amely a véletlen mintavétel következménye a reprodukcióban, és amely általában csökkenti a genetikai sokféleséget szervezetek (homozigozitás). Nézzük ugyanazt a fent idézett példát egy másik szemszögből.

Tegyük fel, hogy van egy mini populációnk, 5 lepke, 4 fehér és egy fekete. Kiderült, hogy a fekete szín valóban hasznos a faj számára, mert kiváló mimikát tesz lehetővé a fa kérge, de sajnos a mutált fekete példány elpusztul, amikor ütközik a autó. Színének semmi köze nem volt a halálához, és annak ellenére, hogy jótékony jelleget mutat, teljesen kitörli a lakosság köréből.

Ennek a "mintavételi hibának" köszönhetően az adott populáció számára teljesen életképes allélok néha eltűnhetnek, anélkül, hogy logikai okokra vagy a természetes szelekció mechanizmusaira kellene figyelnünk. Egyébként meg kell jegyezni, hogy a genetikai sodródás sokkal erősebben működik kis populációkban: Ha az idézett populációban 5000 lepke lenne, és közülük 1000 fekete lenne, annak esélye, hogy az összes fekete véletlenszerűen eltűnik, sokkal kisebb.

A genetikai sodródás magyarázatában még sok más koncepció játszik alapvető szerepet. Ezek egy része allélfrekvencia, tényleges populációméret, lehetséges szűk keresztmetszetek stb. Mindenesetre a fennmaradó sorokban a genetikai sodródás egyik legismertebb okára fogunk összpontosítani az állattan világában: az alapító hatásra.

Mi az alapító hatás?

Az alapító hatás a genetikai sodródási mechanizmusok egyik legegyértelműbb oka, az adott környezet erőforrás-korlátai és az evolúciós szűk keresztmetszet mellett. Ebben a konkrét esetben arról beszélünk a genetikai információk elvesztése, amikor egy nagy populáció kis része független lesz tőle egy másik terepen.

Keressünk egy új példát, mert a lepkék színe nem ad többet. Tegyük fel, hogy 200 madár populációnk van, amelyek évente transzatlanti vándorlást hajtanak végre kontinensről kontinensre, hogy szaporodjanak. Bármilyen okból, ezen igényes utak egyikén 10 ilyen madarat különítenek el a nyájtól kezdeti új területek felkutatására, és kimerülten keres egy menedéket egy kis szigeten, a semmi.

Ha ez a sziget rendelkezik a szükséges erőforrásokkal, és egyértelműen nincsenek ragadozók, akkor ez a 10 madár letelepedhet a sziget földjén, és úgy dönt, hogy nem vándorol. Így új, 10 példányból álló populációt hoztak létre egy másikból, amely 200-ból állt. A szelekciós mintavétel teljesen véletlenszerű volt, ezért az új egyedek allélgyakorisága nagyon eltérhet az általános populációban várhatóaktól.

Például 100 madárból 1-nek nagyobb lehet a számlája, mint a többinek, és 50-ből 1-nél zöld helyett sárga. Ha kiderül, hogy a véletlenszerűség eredményeként ezek közül az alapító madarak közül 3 mutatja be ezeket a tulajdonságokat a a teljes népesség 10 fő, több mint lehetséges, hogy ezek az allélek a következő generációkban rögzülnek annak ellenére, hogy nem "a szabály". Tehát, az alapító hatás olyan tulajdonságok rögzülését okozhatja egy olyan fajban, amely nagyobb populáció esetén soha nem tenné meg.

• Érdekelheti: "Genetikai sodródás: mi ez és hogyan befolyásolja a biológiai evolúciót?"

Az alapító hatás hatásai

Ahogy el lehet képzelni, az "alapítók" jellemzőitől függően idővel mély szakadás léphet fel az eredeti és az új népesség tagjai között. A dolog sokkal érdekesebbé válik, ha figyelembe vesszük, hogy a természetes szelekció valószínűleg másképpen is hat az alapítók alléljeire, mint amelyek a nagy populációban vannak jelen.

Ha folytatjuk az előző példát, akkor egyértelmű, hogy egzotikus környezetben 10 példánynak lenni nem olyan, mint egy 200 fős csoportban élni egy kontinentális terepen. Ezért a kiválasztott atipikus tulajdonságok (nagy számla és zöld szín) hosszú távon előnyösek lehetnek azok számára, akik ezeket hordozzák. Például felmerül bennünk, hogy egy zöld árnyalat utánozhatja a madarat a pálmafák tetején, és egy nagy csőr nagyon hasznos lenne a kókuszdió töréséhez és az ételekhez való hozzáféréshez.

Így maga a szelekció "mintavételi hibája" mellett lehetséges, hogy a szelekció a környezet új kényszerítése miatt az atipikus genotípusoknak (és fenotípusoknak) kedvez az idő múlásával. Így az alapítók utódai egyre zöldebbek és statisztikailag a legmagasabb csúccsal lennének, amíg el nem érik a maximális alkalmazkodási pontot új résük kiaknázásához. Emlékezz arra az evolúció nem hoz létre tökéletes lényeket, mert a köznyelv és a vétkezõ redukcionisták szerint "azt csinálsz, amit tudsz, azzal, amid van".

Ebben a konkrét és tökéletes forgatókönyvben arra lehet számítani, hogy a sziget gyarmatosítói az évszázadok során alfajokká, később pedig saját fajokká válnak. Amikor a sziget lakosságának egyik tagja nem képes reprodukálni az eredetivel (anatómia, viselkedés, pre-zigóta akadályok és még sok más) elmondható, hogy mindkét példány végső soron a különböző fajok. Ez egy világos példa arra, hogy az alapító hatás hogyan képes spekulációt kiváltani egy szigeti környezetben.

• Érdekelheti: "Specifikáció: mi ez és hogyan fejlődik a biológiai evolúcióban"

Önéletrajz

Bemutattunk nektek egy idilli beállítást, hogy megértsük, mi az alapító hatás, de sajnos a természet általában nem így működik. A kis populációk egyik nagy gyengesége, hogy hajlamosak a homozigótásra és a beltenyészetre vagyis a genetikai variabilitás a generációk során elvész a reproduktív egyedek hiánya miatt ismerős. Így a legvalószínűbb, hogy a 10 egyedből álló népesség soha nem indul el, és ha mégis, akkor a 3-4 generációval későbbi utódok végül nem lesznek életképesek.

Az is lehetséges, hogy bármilyen okból kifolyólag egy olyan karakter, amely korábban megnövelte az evolúciós életképességet, idővel abbahagyja ezt.

Ha nincs genetikai sokféleség (ha mindig ugyanazok az allélok rögzülnek), akkor egy kis populációban élő minden egyed többé-kevésbé egyformán fel lesz készülve a környezeti változásokra, tehát a kihalás kockázata jelentősen megnő. Az alapító hatás elősegítheti a speciációt, de a populáció teljes eltűnését is a genetikai sokféleség hiánya miatt.

Bibliográfiai hivatkozások:

• Greenbaum, G., Templeton, A. R., Zarmi, Y. és Bar-David, S. (2014). Allélgazdagság a populációalapító eseményeket követően - egy sztochasztikus modellezési keret, amely magában foglalja a génáramlást és a genetikai sodródást. PloS one, 9 (12), e115203.
• King, T. E., & Jobling, M. NAK NEK. (2009). Alapítók, sodródás és hűtlenség: az Y kromoszóma sokféleség és a patrilinális vezetéknevek kapcsolata. Molecular Biology and Evolution, 26 (5), 1093-1102.
• Pardo, L. M., MacKay, I., Oostra, B., van Duijn, C. M. és Aulchenko, Y. S. (2005). A genetikai sodródás hatása egy fiatal genetikailag elszigetelt populációban. Annals of human genetics, 69 (3), 288-295.
• Slatkin, M. és Excoffier, L. (2012). Soros alapító hatások a tartomány kiterjesztése során: a genetikai sodródás térbeli analógja. Genetika, 191 (1), 171-181.
• Whitlock, M. C. (1997). Alapító hatások és csúcseltolódások genetikai sodródás nélkül: az adaptív csúcseltolódások könnyen bekövetkeznek, ha a környezetek enyhén ingadoznak. Evolution, 51 (4), 1044-1048.