Founder-effect: wat het is en hoe het de biologische evolutie beïnvloedt

Vanaf de publicatiedatum van "The Origin of Species" door de beroemde Charles Darwin in 1859, mensen beschouwen levende wezens niet langer als onbeweeglijke en statische entiteiten in hun geschiedenis evolutionair. Volgens de veronderstelling van de theorie van natuurlijke selectie ondergaan levende wezens willekeurige mutaties door de generaties, en sommige karakters zijn vast vanwege hun bruikbaarheid, terwijl andere worden gediscrimineerd en verdwijnen met de weer.

Een individu van een bepaalde bankkleurige mottensoort kan bijvoorbeeld een mutatie ondergaan in een melanine-producerend gen tijdens zijn ontwikkeling en daarom een ​​volledig gekleurd zwart. Als deze eigenschap erfelijk is en het exemplaar helpt om langer verborgen te blijven in de bast van bomen, zal het zich vaker voortplanten, omdat zijn biologische aanleg zal zijn toegenomen. Deze eigenschap zal zich dus over de hele populatie verspreiden, omdat zwarte motten zich meer zullen voortplanten dan witte motten. Zo simpel is het.

Aan de andere kant kan de zwarte kleur van de mot gemakkelijker de aandacht van roofdieren trekken en wordt het gemuteerde individu belaagd zodra het geboren is. In dit geval zou het direct sterven en zou het schadelijke gen uit de genenpool van de populatie verdwijnen. Met deze basis op zijn plaats, dompelen we ons onder in het grondleggereffect, of wat hetzelfde is, de gevolgen die voortvloeien uit het bestaan ​​van een zeer kleine populatie van een soort in een bepaald ecosysteem.

• Gerelateerd artikel: "Gedragsgenetica: definitie en de 5 belangrijkste bevindingen"

De basis van genetische drift D

Zoals we al zeiden, postuleerde Darwin in "The Origin of Species" natuurlijke selectie als de evolutionaire motor van populaties, maar het is interessant om te weten dat dit niet het enige mechanisme in de natuur is dat de allelische frequenties van wezens varieert levend. Ook we hebben genetische drift, een volledig stochastisch proces dat het gevolg is van willekeurige steekproeven bij reproductie en dat in het algemeen de genetische diversiteit vermindert organismen (homozygotie). Laten we hetzelfde voorbeeld als hierboven aangehaald vanuit een ander perspectief bekijken.

Laten we zeggen dat we een mini-populatie hebben van 5 motten, 4 witte en één zwarte. Het blijkt dat de kleur zwart echt gunstig is voor de soort, omdat het een uitstekende nabootsing mogelijk maakt in de boomschors, maar helaas sterft het gemuteerde zwarte exemplaar wanneer het botst met het glas a auto. Zijn kleur heeft niets te maken met zijn dood en, ondanks dat hij een heilzaam karakter heeft, is hij volledig uit de bevolking gewist.

Door deze "steekproeffout" kunnen volledig levensvatbare allelen voor een specifieke populatie soms verdwijnen, zonder aandacht te besteden aan logische redenen of de mechanismen van natuurlijke selectie. Hoe dan ook, moet worden opgemerkt dat genetische drift werkt veel sterker in kleine populaties: Als we 5.000 motten in de genoemde populatie hadden en 1.000 van hen waren zwart, dan is de kans dat alle zwarte motten willekeurig zouden verdwijnen veel kleiner.

Bij het verklaren van genetische drift spelen veel meer concepten een essentiële rol. Sommigen van hen zijn allelfrequenties, effectieve populatieomvang, potentiële knelpunten, enz. In de overige regels gaan we ons in ieder geval concentreren op een van de meest bekende oorzaken van genetische drift in de wereld van de zoölogie: het oprichterseffect.

Wat is het oprichterseffect?

Het grondleggereffect is een van de duidelijkste oorzaken van genetische driftmechanismen, samen met de beperkte middelen in een bepaalde omgeving en het evolutionaire knelpunt. In dit specifieke geval hebben we het over: het verlies van genetische informatie wanneer een klein deel van een grote populatie er onafhankelijk van wordt op een ander terrein.

Laten we op zoek gaan naar een nieuw voorbeeld, want meer geeft de kleur van de motten niet. Stel nu dat we een populatie van 200 vogels hebben, die elk jaar een trans-Atlantische migratie van continent naar continent maken om zich voort te planten. Om welke reden dan ook, op een van deze veeleisende reizen, worden 10 van deze vogels gescheiden van de kudde aanvankelijk op zoek naar nieuwe territoria en, uitgeput, toevlucht zoeken op een klein eiland in het midden van de niets.

Als dit eiland over de nodige middelen beschikt en er een duidelijk gebrek aan roofdieren is, kunnen deze 10 vogels zich op het eilandland vestigen en besluiten niet te migreren. Er is dus een nieuwe populatie van 10 exemplaren vastgesteld van een andere die uit 200 bestond. De selectiesteekproef is volledig willekeurig geweest en daarom kan de allelfrequentie van de nieuwe individuen heel anders zijn dan verwacht in de algemene populatie.

Zo kan 1 op de 100 vogels een grotere snavel hebben dan de rest en is 1 op de 50 groen in plaats van geel. Als blijkt dat, als gevolg van willekeur, 3 van deze grondleggers deze kenmerken in een totale populatie van 10, is het meer dan mogelijk dat deze allelen in toekomstige generaties zullen worden gefixeerd, ondanks dat dit niet het geval is "de regel". Zodat, het oprichtereffect kan ervoor zorgen dat eigenschappen worden vastgelegd in een soort die, als het een grotere populatie zou zijn, dit nooit zou doen.

• Mogelijk bent u geïnteresseerd in: "Genetische drift: wat is het en hoe beïnvloedt het de biologische evolutie?"

De effecten van het oprichterseffect

Zoals je je kunt voorstellen, kan er, afhankelijk van de kenmerken van de "oprichters", in de loop van de tijd een diepe kloof ontstaan ​​tussen de leden van de oorspronkelijke bevolking en de nieuwe. De zaak wordt veel interessanter als we bedenken dat bovendien natuurlijke selectie werkt waarschijnlijk ook anders op de allelen van de grondleggers dan die aanwezig zijn in de grote populatie.

Als we doorgaan met het vorige voorbeeld, is het duidelijk dat het zijn van 10 exemplaren in een exotische omgeving niets is als leven in een groep van 200 op een continentaal terrein. Daarom kunnen de geselecteerde atypische eigenschappen (grote snavel en groene kleur) op lange termijn gunstig zijn voor degenen die ze dragen. Het komt ons bijvoorbeeld voor dat een groene tint de vogel op de toppen van palmbomen zou kunnen nabootsen, en een grote snavel zou erg handig zijn om de kokosnoten te breken en toegang te krijgen tot voedsel.

Dus, naast de "steekproeffout" van de selectie zelf, is het mogelijk dat de selectie in de loop van de tijd atypische genotypen (en fenotypes) begunstigt vanwege de nieuwe opleggingen van de omgeving. Zo zouden de nakomelingen van de oprichters steeds groener worden en statistisch gezien de hoogste piek hebben, totdat ze een punt bereikten van maximale aanpassing aan de exploitatie van hun nieuwe niche. Onthoud dat evolutie schept geen perfecte wezens, omdat in de volksmond en zondigende reductionisten zeiden: "je doet wat je kunt met wat je hebt".

In dit concrete en perfecte scenario kon worden verwacht dat de eilandkolonisten door de eeuwen heen een ondersoort zouden worden en later hun eigen soort. Wanneer een lid van de eilandbevolking niet in staat is zich voort te planten met een ander van het origineel (hetzij door anatomie, gedrag, precigotische barrières en meer) kan worden gezegd dat beide exemplaren uiteindelijk behoren tot een verschillende soorten. Dit is een duidelijk voorbeeld van hoe het stichtereffect soortvorming in een eilandomgeving kan veroorzaken.

• Mogelijk bent u geïnteresseerd in: "Speciatie: wat het is en hoe het zich ontwikkelt in biologische evolutie"

Hervat

We hebben je een idyllische setting voorgeschoteld zodat je begrijpt wat het stichtereffect is, maar helaas werkt de natuur meestal niet zo. Een van de grote zwakheden van kleine populaties is dat ze de neiging hebben tot homozygotie en inteelt dat wil zeggen dat genetische variabiliteit door de generaties heen verloren gaat door het gebrek aan reproductieve individuen vertrouwd. Het is dus zeer waarschijnlijk dat een populatie van 10 individuen nooit zal beginnen en als dat wel het geval is, zullen de nakomelingen 3-4 generaties later niet levensvatbaar zijn.

Het is ook mogelijk dat, om welke reden dan ook, een personage dat voorheen de evolutionaire levensvatbaarheid verhoogde, dit na verloop van tijd niet meer doet.

Als er geen genetische diversiteit is (als dezelfde allelen altijd vastliggen), zullen alle individuen in een kleine populatie min of meer gelijkelijk voorbereid zijn op veranderingen in de omgeving, dus het risico van uitsterven wordt aanzienlijk vermenigvuldigd. Het oprichtereffect kan soortvorming bevorderen, maar ook de totale verdwijning van een populatie door gebrek aan genetische diversiteit.

Bibliografische referenties:

• Greenbaum, G., Templeton, A. R., Zarmi, Y., & Bar-David, S. (2014). Allelische rijkdom na populatiestichtende gebeurtenissen - een stochastisch modelleringskader waarin genenstroom en genetische drift zijn opgenomen. PloS één, 9 (12), e115203.
• Koning, t. E., & Jobling, M. NAAR. (2009). Oprichters, drift en ontrouw: de relatie tussen Y-chromosoomdiversiteit en patrilineaire achternamen. Moleculaire biologie en evolutie, 26 (5), 1093-1102.
• Pardo, L. M., MacKay, I., Oostra, B., van Duijn, C. M., & Aulchenko, Y. S. (2005). Het effect van genetische drift in een jonge genetisch geïsoleerde populatie. Annalen van menselijke genetica, 69 (3), 288-295.
• Slatkin, M., & Excoffier, L. (2012). Seriële oprichterseffecten tijdens bereikuitbreiding: een ruimtelijk analoog van genetische drift. Genetica, 191 (1), 171-181.
• Whitlock, M. C. (1997). Oprichtereffecten en piekverschuivingen zonder genetische drift: adaptieve piekverschuivingen treden gemakkelijk op wanneer omgevingen enigszins fluctueren. Evolutie, 51 (4), 1044-1048.