Zakladateľský efekt: čo to je a ako ovplyvňuje biologický vývoj

Odo dňa zverejnenia knihy "Pôvod druhov" slávnym Charlesom Darwinom v roku 2006 1859 už ľudia vo svojich dejinách nepochopili živé bytosti ako nepohyblivé a statické entity evolučný. Podľa postulácie teórie prírodného výberu prechádzajú živé bytosti v priebehu celého sveta náhodnými mutáciami generácií a niektoré znaky sú opravené kvôli ich užitočnosti, zatiaľ čo iné sú diskriminované a zmiznú s počasie.

Napríklad jednotlivec konkrétneho bankového druhu móla môže podstúpiť mutáciu v gén produkujúci melanín počas jeho vývoja, a preto majú úplne sfarbenie čierna. Ak je táto vlastnosť dedičná a pomáha exempláru zostať dlhšie ukrytý v kôre stromov, bude sa reprodukovať viackrát, pretože sa zvýši jeho biologická zdatnosť. Táto vlastnosť sa teda rozšíri medzi populáciu, pretože čierne mory sa budú množiť viac ako biele mory. Také jednoduché.

Na druhej strane, čierna farba mory môže ľahšie prilákať pozornosť predátorov a mutovaný jedinec je lovený hneď po narodení. V takom prípade by zomrel priamo a škodlivý gén by zmizol z genofondu populácie. S týmito základmi na mieste sa ponoríme do

zakladateľský efekt alebo rovnaké dôsledky vyplývajúce z existencie veľmi malej populácie druhu v danom ekosystéme.

• Súvisiaci článok: „Behaviorálna genetika: definícia a jej 5 najdôležitejších zistení“

Základy genetického driftu

Ako sme už povedali, Darwin postuloval prirodzený výber „Pôvod druhov“ ako evolučný mechanizmus populácií, ale je zaujímavé vedieť, že to nie je jediný prírodný mechanizmus, ktorý mení alelické frekvencie bytostí živý. Tiež máme genetický drift, úplne stochastický proces, ktorý je dôsledkom náhodného odberu vzoriek v reprodukcii a ktorý má všeobecne tendenciu znižovať genetickú diverzitu organizmy (homozygotnosť). Pozrime sa na ten istý príklad uvedený vyššie z inej perspektívy.

Povedzme, že máme minimálnu populáciu 5 mole, 4 biele a jednu čiernu. Ukazuje sa, že čierna farba je pre tento druh skutočne prospešná, pretože umožňuje vynikajúcu mimiku v kôra stromu, ale nanešťastie zmutovaný čierny exemplár zahynie pri náraze do pohára a auto. Jeho farba nemala nič spoločné s jeho smrťou a napriek tomu, že má priaznivý charakter, je z populácie úplne vymazaná.

Kvôli tejto „chybe vzorkovania“ môžu niekedy úplne životaschopné alely pre konkrétnu populáciu niekedy zmiznúť, bez toho, aby sa museli venovať logickým dôvodom alebo mechanizmom prirodzeného výberu. Každopádne treba poznamenať, že genetický drift funguje oveľa silnejšie u malých populácií: Keby sme mali 5 000 molí v citovanej populácii a 1 000 z nich bolo čiernych, šanca, že všetci čierni náhodne zmiznú, je oveľa nižšia.

Pri vysvetľovaní genetického driftu zohráva podstatnú úlohu oveľa viac konceptov. Niektoré z nich sú alelové frekvencie, efektívna veľkosť populácie, potenciálne úzke miesta atď. V každom prípade sa v ďalších riadkoch zameriame na jednu z najznámejších príčin genetického driftu vo svete zoológie: efekt zakladateľa.

Aký je efekt zakladateľa?

Efekt zakladateľa je jednou z najjasnejších príčin mechanizmov genetického driftu spolu s obmedzeniami zdrojov v danom prostredí a evolučným úzkym miestom. V tomto konkrétnom prípade hovoríme o strata genetickej informácie, keď sa malá časť veľkej populácie od nej osamostatní na inom teréne.

Poďme sa pozrieť na nový príklad, pretože farba molí nedáva viac. Teraz predpokladajme, že máme populáciu 200 vtákov, ktoré každoročne uskutočňujú transatlantickú migráciu z kontinentu na kontinent, aby sa rozmnožili. Z akéhokoľvek dôvodu je na jednom z týchto náročných výletov 10 z týchto vtákov oddelených od stáda spočiatku pri hľadaní nových území a vyčerpaný hľadať útočisko na malom ostrove uprostred ostrova nič.

Ak má tento ostrov potrebné zdroje a je zjavný nedostatok predátorov, môže sa týchto 10 vtákov usadiť na ostrovnej zemi a rozhodnúť sa nemigrovať. Takto bola ustanovená nová populácia 10 exemplárov z ďalšej, ktorá pozostávala z 200. Výber vzoriek bol úplne náhodný, a preto sa frekvencia alel nových jedincov môže veľmi líšiť od frekvencie alely očakávanej u bežnej populácie.

Napríklad 1 zo 100 vtákov môže mať väčší účet ako ostatní a 1 z 50 je zelených namiesto žltých. Ak sa ukáže, že v dôsledku náhodnosti 3 z týchto zakladajúcich vtákov vykazujú tieto znaky v a s celkovou populáciou 10, je viac ako možné, že tieto alely budú v budúcich generáciách zafixované aj napriek tomu, že nie "pravidlo". Takže zakladateľský efekt môže spôsobiť zafixovanie znakov u druhu, ktorý by, ak by to bola väčšia populácia, nikdy neurobil.

• Mohlo by vás zaujímať: „Genetický drift: čo to je a ako ovplyvňuje biologický vývoj?“

Účinky zakladateľského efektu

Ako si viete predstaviť, v závislosti od charakteristík „zakladateľov“ môže medzi členmi pôvodnej populácie a novej nastať v priebehu času hlboká roztržka. Vec sa stáva oveľa zaujímavejšou, ak si uvedomíme, že navyše Prirodzený výber tiež pravdepodobne bude pôsobiť na alely zakladateľov inak, ako tie, ktoré sú prítomné vo veľkej populácii.

Ak budeme pokračovať v predchádzajúcom príklade, je zrejmé, že byť 10 exemplármi v exotickom prostredí nie je nič podobné ako žiť v skupine 200 v kontinentálnom teréne. Preto môžu byť vybrané atypické znaky (veľká bankovka a zelená farba) z dlhodobého hľadiska pre tých, ktorí ich nosia, prospešné. Napríklad nás napadne, že zelený odtieň môže napodobňovať vtáka na vrcholkoch paliem a veľký zobák by bol veľmi užitočný na rozbitie kokosových orechov a prístup k jedlu.

Okrem „chyby vzorkovania“ samotného výberu je teda možné, že výber v priebehu času uprednostňuje atypické genotypy (a fenotypy) z dôvodu nových obmedzení prostredia. Potomstvo zakladateľov by teda bolo zelenšie a zelenšie a so štatisticky najvyšším vrcholom, kým by nedosiahlo bod maximálnej vhodnosti na využitie ich nového výklenku. Zapamätaj si to evolúcia nevytvára dokonalé bytosti, pretože hovorovo a hriešne redukcionisti hovoria: „robte, čo môžete, s tým, čo máte“.

V tomto konkrétnom a dokonalom scenári sa dalo očakávať, že ostrovní kolonizátori budú po celé storočia nakoniec poddruhom a neskôr ich vlastným druhom. Keď člen ostrovnej populácie nie je schopný reprodukovať sa s iným originálom (anatómiou, správanie, precigotické bariéry a ďalšie) možno povedať, že oba exempláre patria v konečnom dôsledku do a rôzne druhy. Toto je jasný príklad toho, ako môže zakladateľský efekt vyvolať špecializáciu v ostrovnom prostredí.

• Mohlo by vás zaujímať: „Speciácia: čo to je a ako sa vyvíja v biologickej evolúcii“

Pokračovať

Predstavili sme vám idylické prostredie, aby ste pochopili, aký je efekt zakladateľa, ale bohužiaľ príroda tak zvyčajne nefunguje. Jednou z veľkých slabostí malých populácií je, že majú sklon k homozygotnosti a príbuzenstvu. to znamená, že genetická variabilita sa v priebehu generácií stráca kvôli nedostatku reprodukčných jedincov známe. Je teda pravdepodobné, že populácia 10 jedincov nikdy nezačne, a ak sa to stane, potomstvo o 3-4 generácie neskôr nebude životaschopné.

Je tiež možné, že z akýchkoľvek dôvodov to časom prestane robiť charakter, ktorý predtým zvyšoval evolučnú životaschopnosť.

Ak nebude existovať genetická diverzita (ak budú vždy rovnaké alely fixované), budú všetci jedinci v malej populácii viac-menej rovnako pripravení na zmeny životného prostredia, takže riziko vyhynutia sa značne znásobuje. Efekt zakladateľa môže podporovať špecializáciu, ale aj úplné zmiznutie populácie z dôvodu nedostatku genetickej rozmanitosti.

Bibliografické odkazy:

• Greenbaum, G., Templeton, A. R., Zarmi, Y. a Bar-David, S. (2014). Alelické bohatstvo po udalostiach založených na populácii - stochastický modelový rámec zahŕňajúci tok génov a genetický drift. PloS one, 9 (12), e115203.
• King, T. E., & Jobling, M. TO. (2009). Zakladatelia, drift a nevera: vzťah medzi diverzitou chromozómov Y a patrilineálnymi priezviskami. Molecular Biology and Evolution, 26 (5), 1093-1102.
• Pardo, L. M., MacKay, I., Oostra, B., van Duijn, C. M., & Aulchenko, Y. S. (2005). Vplyv genetického driftu na mladú geneticky izolovanú populáciu. Annals of human genetics, 69 (3), 288-295.
• Slatkin, M., & Excoffier, L. (2012). Účinky sériového zakladateľa počas rozširovania rozsahu: priestorový analóg genetického driftu. Genetics, 191 (1), 171-181.
• Whitlock, M. C. (1997). Efekty zakladateľa a posuny špičiek bez genetického posunu: Adaptívne posuny špičiek sa vyskytujú ľahko, keď prostredie mierne kolíše. Evolution, 51 (4), 1044-1048.