Efect fondator: ce este și cum afectează evoluția biologică

De la data publicării "Originea speciilor" de celebrul Charles Darwin în 1859, oamenii nu mai concep ființele vii ca entități imobile și statice în istoria lor evolutiv. Conform postulării teoriei selecției naturale, ființele vii suferă mutații aleatorii pe tot parcursul generații, iar unele personaje sunt fixate datorită utilității lor, în timp ce altele sunt discriminate și dispar odată cu vreme.

De exemplu, o persoană dintr-o anumită specie de molie colorată de bancă poate suferi o mutație în o genă producătoare de melanină în timpul dezvoltării sale și, prin urmare, prezintă o culoare complet colorată negru. Dacă această trăsătură este ereditară și ajută exemplarul să rămână ascuns în scoarța copacilor mai mult timp, se va reproduce de mai multe ori, deoarece aptitudinea sa biologică va fi crescut. Astfel, această trăsătură se va răspândi în toată populația, deoarece molii negri se vor reproduce mai mult decât molii albe. Simplu ca buna ziua.

Pe de altă parte, culoarea neagră a moliei poate atrage mai ușor atenția prădătorilor și individul mutant este prădat imediat ce se naște. În acest caz, ar muri direct și gena dăunătoare ar dispărea din rezerva de gene a populației. Cu aceste fundații la locul nostru, ne cufundăm în

efectul fondator, sau ceea ce este același, consecințele derivate din existența unei populații foarte mici a unei specii într-un ecosistem dat.

• Articol asociat: „Genetica comportamentală: definiție și cele mai importante 5 descoperiri ale acesteia”

Bazele derivării genetice

După cum am spus deja, Darwin a postulat în „Originea speciilor” selecția naturală ca motor evolutiv al populațiilor, dar este interesant de știut că acesta nu este singurul mecanism din natură care variază frecvențele alelice ale ființelor în viaţă. De asemenea avem deriva genetică, un proces complet stocastic care este o consecință a eșantionării aleatorii în reproducere și care, în general, tinde să reducă diversitatea genetică organisme (homozigozitate). Să privim același exemplu citat mai sus dintr-o altă perspectivă.

Să presupunem că avem o mini-populație de 5 molii, 4 albe și una neagră. Se pare că culoarea neagră este cu adevărat benefică pentru specie, deoarece permite o mimică excelentă în scoarță de copac, dar, din păcate, specimenul negru mutant moare când se ciocnește cu paharul unui mașină. Culoarea sa nu a avut nimic de-a face cu moartea sa și, în ciuda faptului că prezintă un caracter benefic, este complet ștearsă din populație.

Datorită acestei „erori de eșantionare”, alelele complet viabile pentru o anumită populație pot uneori să dispară, fără a se respecta motive logice sau mecanismele selecției naturale. Oricum, trebuie remarcat faptul că deriva genetică funcționează mult mai puternic la populațiile mici: Dacă am avea 5.000 de molii în populația citată și 1.000 dintre ei ar fi negri, șansele ca toate cele negre să dispară la întâmplare sunt mult mai mici.

În explicarea derivei genetice, multe alte concepte joacă roluri esențiale. Unele dintre ele sunt frecvențe alelice, dimensiunea efectivă a populației, potențiale blocaje etc. În orice caz, în rândurile rămase ne vom concentra asupra uneia dintre cele mai cunoscute cauze ale derivei genetice în lumea zoologiei: efectul fondator.

Care este efectul fondator?

Efectul fondator este una dintre cele mai clare cauze ale mecanismelor de derivare genetică, împreună cu limitările resurselor într-un mediu dat și blocajul evolutiv. În acest caz specific, vorbim despre pierderea informațiilor genetice atunci când o mică secțiune dintr-o populație mare devine independentă de aceasta pe un teren diferit.

Să căutăm un nou exemplu, deoarece culoarea moliilor nu dă pentru mai mult. Acum, să presupunem că avem o populație de 200 de păsări, care fac o migrație transatlantică în fiecare an de la un continent la altul pentru a se reproduce. Indiferent de motiv, într-una dintre aceste călătorii exigente, 10 dintre aceste păsări sunt separate de turmă inițială în căutarea de noi teritorii și, epuizat, caută refugiu pe o insulă mică în mijlocul nimic.

Dacă această insulă are resursele necesare și există o lipsă clară de prădători, aceste 10 păsări se pot așeza pe pământul insulei și pot decide să nu migreze. Astfel, a fost stabilită o nouă populație de 10 exemplare dintr-un altul care era format din 200. Eșantionarea selecției a fost complet aleatorie și, prin urmare, frecvența alelelor noilor indivizi poate fi foarte diferită de cea așteptată în populația generală.

De exemplu, 1 din 100 de păsări poate avea o factură mai mare decât restul și 1 din 50 sunt verzi în loc de galbene. Dacă se dovedește că, ca rezultat aleatoriu, 3 dintre aceste păsări fondatoare prezintă aceste trăsături într-un populația totală de 10, este mai mult decât posibil ca aceste alele să fie fixate în generațiile viitoare, în ciuda faptului că nu sunt "regula". Astfel încât, efectul fondator poate determina fixarea trăsăturilor unei specii care, dacă ar fi o populație mai mare, nu ar face-o niciodată.

• S-ar putea să vă intereseze: "Deriva genetică: ce este și cum afectează evoluția biologică?"

Efectele efectului fondator

După cum vă puteți imagina, în funcție de caracteristicile "fondatorilor", o ruptură profundă poate avea loc în timp între membrii populației inițiale și cea nouă. Lucrul devine mult mai interesant dacă avem în vedere că, în plus, selecția naturală este, de asemenea, susceptibilă să acționeze asupra alelelor fondatorilor diferit de cele care sunt prezente în populația mare.

Dacă continuăm cu exemplul anterior, este clar că a fi 10 exemplare într-un mediu exotic nu este nimic ca a trăi într-un grup de 200 într-un teren continental. Prin urmare, trăsăturile atipice selectate (factura mare și culoarea verde) pot fi benefice pe termen lung pentru cei care le poartă. De exemplu, ni se pare că o nuanță verde ar putea imita pasărea pe vârfurile palmierilor, iar un cioc mare ar fi foarte util pentru a sparge nucile de cocos și a accesa mâncarea.

Astfel, pe lângă „eroarea de eșantionare” a selecției în sine, este posibil ca selecția să favorizeze genotipurile (și fenotipurile) atipice în timp datorită noilor impuneri ale mediului. Astfel, urmașii fondatorilor ar fi mai verzi și mai verzi și cu cel mai înalt vârf statistic vorbind, până la atingerea unui punct de adecvare maximă pentru exploatarea noii lor nișe. Sa nu uiti asta evoluția nu creează ființe perfecte, deoarece a spus coloquial și reducționaliștii păcătoși, „faci ceea ce poți cu ceea ce ai”.

În acest scenariu concret și perfect, s-ar putea aștepta ca insulele colonizatoare să ajungă să fie o subspecie și, mai târziu, propria lor specie de-a lungul secolelor. Când un membru al populației insulare nu este capabil să se reproducă cu altul din original (fie prin anatomie, comportament, bariere precigotice și multe altele) se poate spune că ambele exemplare aparțin, în cele din urmă, unei diferite specii. Acesta este un exemplu clar al modului în care efectul fondator poate induce speciație într-un mediu insular.

• S-ar putea să vă intereseze: „Speciație: ce este și cum se dezvoltă în evoluția biologică”

Relua

V-am prezentat un cadru idilic, astfel încât să înțelegeți ce este efectul fondator, dar, din păcate, natura nu funcționează de obicei așa. Una dintre marile slăbiciuni ale populațiilor mici este că acestea tind să homozigozeze și la consangvinizare adică variabilitatea genetică se pierde de-a lungul generațiilor din cauza lipsei indivizilor de reproducere, nu familiar. Astfel, este cel mai probabil ca o populație de 10 exemplare să nu înceapă niciodată și, dacă o face, descendenții 3-4 generații mai târziu vor ajunge să nu fie viabile.

De asemenea, este posibil ca, din orice motiv, un personaj care anterior creștea viabilitatea evoluției să înceteze să o facă în timp.

Dacă nu există diversitate genetică (dacă aceleași alele sunt întotdeauna fixe), toți indivizii dintr-o populație mică vor fi mai mult sau mai puțin pregătiți în mod egal pentru schimbările de mediu, deci riscul de dispariție se înmulțește considerabil. Efectul fondator poate promova speciația, dar și dispariția totală a unei populații din cauza lipsei diversității genetice.

Referințe bibliografice:

• Greenbaum, G., Templeton, A. R., Zarmi, Y., și Bar-David, S. (2014). Bogăția alelică în urma evenimentelor de fondare a populației - un cadru de modelare stocastică care încorporează fluxul genetic și deriva genetică. PloS one, 9 (12), e115203.
• King, T. E. și Jobling, M. LA. (2009). Fondatori, deriva și infidelitate: relația dintre diversitatea cromozomului Y și numele de familie patriliniare. Biologie moleculară și evoluție, 26 (5), 1093-1102.
• Pardo, L. M., MacKay, I., Oostra, B., van Duijn, C. M. și Aulchenko, Y. S. (2005). Efectul derivei genetice la o populație tânără izolată genetic. Analele geneticii umane, 69 (3), 288-295.
• Slatkin, M. și Excoffier, L. (2012). Efectele seriale ale fondatorului în timpul extinderii intervalului: un analog spațial al derivei genetice. Genetica, 191 (1), 171-181.
• Whitlock, M. C. (1997). Efecte fundamentale și schimbări de vârf fără deriva genetică: schimbări de vârf adaptive apar cu ușurință atunci când mediile fluctuează ușor. Evoluție, 51 (4), 1044-1048.