Efekt założycielski: co to jest i jak wpływa na ewolucję biologiczną

Od daty opublikowania „O powstawaniu gatunków” słynnego Karola Darwina in 1859, ludzie nie postrzegają już żywych istot jako nieruchomych i statycznych bytów w swojej historii ewolucyjny. Zgodnie z postulatem teorii doboru naturalnego, żywe istoty przechodzą losowe mutacje w całym okresie pokolenia, a niektóre postacie są stałe ze względu na ich użyteczność, podczas gdy inne są dyskryminowane i znikają wraz z pogoda.

Np. osobnik z określonego gatunku ćmy o barwie bankowej może przejść mutację w gen wytwarzający melaninę podczas swojego rozwoju i dlatego przedstawia całkowicie zabarwiony czarny. Jeśli ta cecha jest dziedziczna i pomaga osobnikowi dłużej ukrywać się w korze drzew, będzie się rozmnażać więcej razy, ponieważ wzrośnie jego biologiczna predyspozycja. Tak więc cecha ta rozprzestrzeni się w całej populacji, ponieważ czarne ćmy będą się rozmnażać więcej niż białe ćmy. Tak proste jak to.

Z drugiej strony czarny kolor ćmy może łatwiej przyciągnąć uwagę drapieżników, a zmutowany osobnik jest żerowany zaraz po urodzeniu. W takim przypadku umrze bezpośrednio, a szkodliwy gen zniknie z puli genów populacji. Mając te fundamenty, zanurzamy się w

efekt założycielski, czyli konsekwencje wynikające z istnienia bardzo małej populacji gatunku w danym ekosystemie.

• Powiązany artykuł: „Genetyka behawioralna: definicja i 5 najważniejszych ustaleń”

Podstawy dryfu genetycznego

Jak już powiedzieliśmy, Darwin postulował w „O powstawaniu gatunków” dobór naturalny jako motor ewolucyjny populacji: ale warto wiedzieć, że nie jest to jedyny mechanizm w naturze, który zmienia częstotliwości alleliczne istot żywy. Również mamy dryf genetyczny, całkowicie stochastyczny proces, który jest konsekwencją losowego pobierania próbek w reprodukcji i który ogólnie ma tendencję do zmniejszania różnorodności genetycznej organizmy (homozygotyczność). Spójrzmy na ten sam przykład z innej perspektywy.

Załóżmy, że mamy małą populację 5 ciem, 4 białe i jedną czarną. Okazuje się, że kolor czarny jest naprawdę korzystny dla gatunku, ponieważ pozwala na doskonałą mimikę w kora drzewa, ale niestety zmutowany czarny okaz ginie, gdy zderzy się ze szklanką samochód. Jego kolor nie miał nic wspólnego z jego śmiercią i pomimo dobroczynnego charakteru jest całkowicie wymazany z populacji.

Z powodu tego „błędu próbkowania”, całkowicie żywotne allele dla określonej populacji mogą czasami zniknąć, bez uwzględniania przyczyn logicznych lub mechanizmów doboru naturalnego. W każdym razie należy zauważyć, że dryf genetyczny działa znacznie silniej w małych populacjach: Gdybyśmy mieli 5000 ciem w cytowanej populacji, a 1000 z nich było czarnych, szanse, że wszystkie czarne znikną losowo, są znacznie mniejsze.

W wyjaśnianiu dryfu genetycznego zasadniczą rolę odgrywa znacznie więcej pojęć. Niektóre z nich to częstość alleli, efektywna wielkość populacji, potencjalne wąskie gardła itp. W każdym razie w pozostałych liniach skupimy się na jednej z najbardziej znanych przyczyn dryfu genetycznego w świecie zoologii: efekcie założyciela.

Jaki jest efekt założycielski?

Efekt założycielski jest jedną z najwyraźniejszych przyczyn mechanizmów dryfu genetycznego, wraz z ograniczeniami zasobów w danym środowisku i ewolucyjnym wąskim gardłem. W tym konkretnym przypadku mówimy o utrata informacji genetycznej, gdy niewielka część dużej populacji uniezależnia się od niej na innym terenie.

Poszukajmy nowego przykładu, bo kolor ćmy nie daje za więcej. Załóżmy teraz, że mamy populację 200 ptaków, które każdego roku odbywają transatlantycką migrację z kontynentu na kontynent, aby się rozmnażać. Z jakiegoś powodu podczas jednej z tych wymagających wypraw 10 z tych ptaków zostaje oddzielonych od stada początkowo w poszukiwaniu nowych terytoriów i wyczerpany szuka schronienia na małej wyspie w środku nic.

Jeśli ta wyspa ma niezbędne zasoby i wyraźnie brakuje drapieżników, te 10 ptaków może osiedlić się na lądzie wyspy i zdecydować się nie migrować. W ten sposób utworzono nową populację 10 osobników z innej, która składała się z 200. Próba selekcyjna była całkowicie losowa, a zatem częstotliwość alleli nowych osobników może być bardzo różna od oczekiwanej w populacji ogólnej.

Na przykład 1 na 100 ptaków może mieć większy dziób niż reszta, a 1 na 50 ma kolor zielony zamiast żółtego. Jeśli okaże się, że w wyniku przypadkowości 3 z tych ptaków założycielskich mają te cechy? całkowitej populacji liczącej 10 osób, jest więcej niż możliwe, że te allele zostaną utrwalone w przyszłych pokoleniach, mimo że nie są "zasada". Po to aby, efekt założyciela może spowodować utrwalenie cech u gatunku, który, gdyby był większą populacją, nigdy by tego nie zrobił.

• Możesz być zainteresowany: „Dryf genetyczny: co to jest i jak wpływa na ewolucję biologiczną?”

Skutki efektu założyciela

Jak można sobie wyobrazić, w zależności od cech „założycieli”, z czasem może dojść do głębokiego rozłamu między członkami pierwotnej i nowej populacji. Sprawa staje się o wiele ciekawsza, jeśli weźmiemy pod uwagę, że dodatkowo dobór naturalny może również działać na allele założycieli inaczej niż te, które są obecne w dużej populacji.

Jeśli będziemy kontynuować poprzedni przykład, jasne jest, że bycie 10 okazami w egzotycznym środowisku to nic innego jak życie w grupie 200 osobników na terenie kontynentalnym. Dlatego wybrane nietypowe cechy (duży dziób i zielony kolor) mogą być długofalowo korzystne dla tych, którzy je noszą. Na przykład przyszło nam do głowy, że zielony odcień mógłby imitować ptaka na wierzchołkach palm, a duży dziób byłby bardzo przydatny do złamania orzechów kokosowych i uzyskania dostępu do pożywienia.

Tak więc, oprócz „błędu próbkowania” samej selekcji, możliwe jest, że selekcja faworyzuje nietypowe genotypy (i fenotypy) z biegiem czasu z powodu nowych narzuconych warunków środowiska. W ten sposób potomstwo założycieli byłoby coraz bardziej zielone iz najwyższym statystycznie szczytem, ​​aż do osiągnięcia punktu maksymalnej przydatności do wykorzystania ich nowej niszy. Zapamietaj to ewolucja nie tworzy bytów doskonałych, bo mówili potocznie i grzeszni redukcjoniści: „robisz, co możesz z tym, co masz”.

W tym konkretnym i idealnym scenariuszu można było oczekiwać, że kolonizatorzy wysp staną się podgatunkiem, a później przez wieki własnym gatunkiem. Gdy członek populacji wyspy nie jest w stanie rozmnażać się z innym osobnikiem oryginału (albo na podstawie anatomii, zachowania, precygotyczne bariery i nie tylko) można powiedzieć, że oba okazy ostatecznie należą do a Różne gatunki. Jest to wyraźny przykład tego, jak efekt założycielski może wywoływać specjację w środowisku wyspiarskim.

• Możesz być zainteresowany: „Specjacja: co to jest i jak rozwija się w ewolucji biologicznej”

Wznawianie

Zaprezentowaliśmy sielankową oprawę, abyście zrozumieli, na czym polega efekt założycielski, ale niestety natura zwykle tak nie działa. Jedną z największych słabości małych populacji jest tendencja do homozygotyczności i chowu wsobnego. to znaczy, że zmienność genetyczna jest tracona na przestrzeni pokoleń z powodu braku osobników reprodukcyjnych, a nie znajomy. Tak więc najprawdopodobniej populacja 10 osobników nigdy się nie pojawi, a jeśli tak się stanie, potomstwo 3-4 pokolenia później nie będzie żywotne.

Możliwe jest również, że z jakiegoś powodu postać, która wcześniej zwiększyła żywotność ewolucyjną, przestaje to robić z czasem.

Jeśli nie ma różnorodności genetycznej (jeśli te same allele są zawsze stałe), wszystkie osobniki w małej populacji będą mniej więcej jednakowo przygotowane na zmiany środowiskowe, więc ryzyko wyginięcia jest znacznie zwielokrotnione. Efekt założycielski może sprzyjać specjacji, ale także całkowitemu zanikowi populacji z powodu braku różnorodności genetycznej.

Odniesienia bibliograficzne:

• Greenbaum, G., Templeton, A. R., Zarmi, Y. i Bar-David, S. (2014). Bogactwo alleli po wydarzeniach zakładających populację – stochastyczne ramy modelowania obejmujące przepływ genów i dryf genetyczny. PloS jeden, 9 (12), e115203.
• Król, T. E. i Jobling, M. DO. (2009). Założyciele, dryf i niewierność: związek między różnorodnością chromosomu Y a patrylinearnymi nazwiskami. Biologia molekularna i ewolucja, 26 (5), 1093-1102.
• Pardo, L. M., I. MacKay, B. Oostra, C. van Duijn. M. i Aulchenko, Y. Św. (2005). Efekt dryfu genetycznego w młodej populacji izolowanej genetycznie. Roczniki genetyki człowieka, 69 (3), 288-295.
• Slatkin, M. i Excoffier, L. (2012). Szeregowe efekty założycielskie podczas rozszerzania zasięgu: przestrzenny odpowiednik dryfu genetycznego. Genetyka, 191 (1), 171-181.
• Whitlock, M. DO. (1997). Efekty założycielskie i przesunięcia szczytowe bez dryfu genetycznego: adaptacyjne przesunięcia szczytowe występują łatwo, gdy środowiska ulegają niewielkim wahaniom. Ewolucja, 51 (4), 1044-1048.