Эффект основателя: что это такое и как влияет на биологическую эволюцию

Со дня публикации знаменитого Чарльза Дарвина «Происхождения видов» в 1859 г., люди больше не воспринимают живые существа как неподвижные и статичные сущности в своей истории. эволюционный. Согласно постулату теории естественного отбора, живые существа претерпевают случайные мутации на протяжении всего жизненного цикла. поколения, и некоторые символы фиксируются из-за их полезности, в то время как другие выделяются и исчезают с Погода.

Например, особь определенного вида бабочек, окрашенных в цвет банка, может претерпеть мутацию в ген, продуцирующий меланин, во время своего развития и, следовательно, представляет собой полностью окрашенный чернить. Если этот признак передается по наследству и помогает экземпляру оставаться скрытым в коре деревьев в течение более длительного времени, он будет воспроизводиться больше раз, так как его биологическая способность возрастет. Таким образом, эта черта будет распространяться по популяции, поскольку черная моль будет воспроизводить больше, чем белая моль. Так просто, как, что.

С другой стороны, черный цвет бабочки может легче привлечь внимание хищников, и мутировавшая особь становится жертвой, как только она появляется на свет. В этом случае он сразу погибнет, а вредный ген исчезнет из генофонда популяции. Имея эти основы, мы погружаемся в эффект основателя или, что то же самое, последствия, проистекающие из существования очень небольшой популяции вида в данной экосистеме.

• Связанная статья: «Поведенческая генетика: определение и 5 важнейших результатов»

Основы генетического дрейфа

Как мы уже сказали, Дарвин постулировал в «Происхождении видов» естественный отбор как двигатель эволюции популяций, но интересно знать, что это не единственный в природе механизм, который изменяет аллельные частоты существ. живой. Также у нас есть генетический дрейф, полностью случайный процесс, который является следствием случайной выборки при воспроизводстве и в целом имеет тенденцию к уменьшению генетического разнообразия организмов (гомозиготность). Давайте посмотрим на тот же пример, процитированный выше, с другой точки зрения.

Допустим, у нас есть мини-популяция из 5 мотыльков, 4 белых и один черный. Оказывается, черный цвет действительно полезен для вида, потому что он позволяет превосходно имитировать кора дерева, но, к сожалению, мутировавший черный экземпляр погибает при столкновении со стеклом машина. Его цвет не имеет ничего общего с его смертью, и, несмотря на то, что он имеет положительный характер, он полностью стерт с лица земли.

Из-за этой «ошибки выборки» полностью жизнеспособные аллели для определенной популяции могут иногда исчезать, не обращая внимания на логические причины или механизмы естественного отбора. Во всяком случае, следует отметить, что генетический дрейф работает гораздо сильнее в небольших популяциях: Если бы у нас было 5000 мотыльков в указанной популяции, и 1000 из них были бы черными, шансы, что все черные мотыльки исчезнут случайным образом, намного ниже.

В объяснении генетического дрейфа существенную роль играет гораздо больше концепций. Некоторые из них - это частоты аллелей, эффективный размер популяции, потенциальные узкие места и т. Д. В любом случае, в оставшихся строках мы сосредоточимся на одной из самых известных причин генетического дрейфа в мире зоологии: эффекте основателя.

Что такое эффект основателя?

Эффект основателя - одна из наиболее очевидных причин механизмов генетического дрейфа, наряду с ограничениями ресурсов в данной среде и эволюционным узким местом. В данном конкретном случае мы говорим о потеря генетической информации, когда небольшая часть большой популяции становится независимой от нее на другой территории.

Давайте поищем новый пример, потому что цвет бабочек большего не дает. Теперь предположим, что у нас есть популяция из 200 птиц, которые ежегодно совершают трансатлантические миграции с континента на континент для размножения. По какой-то причине во время одной из таких сложных поездок 10 таких птиц отделяются от стаи. сначала в поисках новых территорий и, измученный, искать убежище на маленьком острове посреди ничего такого.

Если у этого острова есть необходимые ресурсы и явно не хватает хищников, эти 10 птиц могут поселиться на суше острова и решить не мигрировать. Таким образом, новая популяция из 10 особей была создана из другой, состоящей из 200 особей. Выборка для отбора была полностью случайной, и поэтому частота аллелей новых особей может сильно отличаться от ожидаемой в общей популяции.

Например, у 1 из 100 птиц клюв может быть больше, чем у остальных, а у 1 из 50 - зеленый цвет вместо желтого. Если окажется, что в результате случайности 3 из этих птиц-основателей представят эти черты в всего населения 10, более чем возможно, что эти аллели будут зафиксированы в будущих поколениях, несмотря на то, что они не "правило". Чтобы, эффект основателя может привести к тому, что у вида будут закреплены черты, которые, если бы это была большая популяция, никогда бы этого не сделали.

• Вам может быть интересно: «Генетический дрейф: что это такое и как он влияет на биологическую эволюцию?»

Эффекты эффекта основателя

Как вы понимаете, в зависимости от характеристик «основателей» со временем может произойти глубокий разрыв между членами первоначальной популяции и новой. Все становится намного интереснее, если учесть, что, кроме того, естественный отбор также может воздействовать на аллели основателей иначе, чем те, которые присутствуют в большой популяции..

Если мы продолжим предыдущий пример, станет ясно, что пребывание 10 особей в экзотической среде совсем не похоже на жизнь в группе из 200 особей в континентальной местности. Следовательно, выбранные нетипичные признаки (крупный клюв и зеленый цвет) могут быть полезны в долгосрочной перспективе для тех, кто их носит. Например, нам приходит в голову, что зеленый оттенок может имитировать птицу на верхушках пальм, а большой клюв был бы очень полезен, чтобы сломать кокосы и получить доступ к пище.

Таким образом, в дополнение к «ошибке выборки» самого отбора, возможно, что отбор благоприятствует атипичным генотипам (и фенотипам) с течением времени из-за нового навязывания окружающей среды. Таким образом, потомки основателей будут более экологичными и экологичными и будут иметь самый высокий статистический уровень, пока не достигнут точки максимальной пригодности для использования своей новой ниши. Помни это эволюция не создает совершенных существ, потому что, как говорят в просторечии и грешные редукционисты, «вы делаете то, что можете, с тем, что имеете».

В этом конкретном и идеальном сценарии можно было ожидать, что колонизаторы островов на протяжении веков в конечном итоге станут подвидом, а позже и своим собственным видом. Когда член населения острова не может воспроизводиться с другим представителем оригинала (либо по анатомии, либо по анатомии, поведение, прекиготические барьеры и многое другое) можно сказать, что оба экземпляра принадлежат, в конечном счете, к одному разные виды. Это наглядный пример того, как эффект основателя может вызвать видообразование в островной среде.

• Вам может быть интересно: «Видообразование: что это такое и как оно развивается в биологической эволюции»

Резюме

Мы представили вам идиллическую обстановку, чтобы вы поняли, что такое эффект основателя, но, к сожалению, природа обычно так не работает. Одна из самых больших слабостей небольших популяций состоит в том, что они склонны к гомозиготности и инбридингу. то есть генетическая изменчивость теряется из поколения в поколение из-за отсутствия репродуктивных особей, не знакомый. Таким образом, наиболее вероятно, что популяция из 10 особей никогда не начнется, и если это произойдет, то потомство через 3-4 поколения окажется нежизнеспособным.

Также возможно, что по какой-либо причине персонаж, который ранее увеличивал эволюционную жизнеспособность, со временем перестает делать это.

Если нет генетического разнообразия (если одни и те же аллели всегда фиксированы), все особи в небольшой популяции будут более или менее одинаково подготовлены к изменениям окружающей среды, поэтому риск исчезновения значительно увеличивается. Эффект основателя может способствовать видообразованию, но также и полному исчезновению популяции из-за отсутствия генетического разнообразия.

Библиографические ссылки:

• Гринбаум, Г., Темплтон, А. Р., Зарми Ю. и Бар-Давид С. (2014). Аллельное богатство после событий основания популяции - структура стохастического моделирования, включающая поток генов и генетический дрейф. PloS one, 9 (12), e115203.
• Кинг, Т. Э., Джоблинг М. К. (2009). Основатели, дрейф и неверность: взаимосвязь между разнообразием Y-хромосомы и отцовскими фамилиями. Молекулярная биология и эволюция, 26 (5), 1093-1102.
• Пардо, Л. М., Маккей И., Остра Б., ван Дуйн К. М., Аульченко Ю. С. (2005). Эффект генетического дрейфа в молодой генетически изолированной популяции. Анналы генетики человека, 69 (3), 288-295.
• Слаткин М., Экскоффье Л. (2012). Эффекты серийного основателя во время расширения ареала: пространственный аналог генетического дрейфа. Генетика, 191 (1), 171-181.
• Уитлок, М. С. (1997). Эффекты основателя и сдвиги пиков без генетического дрейфа: адаптивные сдвиги пиков легко происходят при незначительных колебаниях окружающей среды. Эволюция, 51 (4), 1044-1048.