Genetický drift: čo to je a ako ovplyvňuje biologický vývoj?

Biologický vývoj, koncipovaný ako súbor zmien v dedičných vlastnostiach v živých bytostí po celé generácie, je motorom samotného života a prispôsobovania sa novému prostrediach.

Zmeny v populácii živých bytostí sú dané sériou mutácií v DNA, ktoré sa dejú náhodne, to znamená, že nereagujú na vedomý mechanizmus. Aj napriek tomu môžu byť výberové procesy pre tieto mutácie náhodné alebo môžu mať naopak úplne opodstatnené vysvetlenie.

Evolúcia je teda sila, ktorá je udržiavaná náhodnými mutáciami, genetickou rekombináciou počas pohlavné rozmnožovanie a tok génov (vstup nových členov do populácie), okrem mnohých ďalších faktorov. Jedným z týchto faktorov zásadného významu, ktorý často uniká všeobecnému porozumeniu, je pojem, ktorý sa nás tu týka: genetický drift. Tu vysvetľujeme všetko o tomto fascinujúcom procese.

• Súvisiaci článok: „Teória biologickej evolúcie“

Čo je genetický drift?

Najskôr môžeme tento komplexný pojem definovať ako „evolučnú silu, ktorá pôsobí v spojení s prirodzeným výberom tak, že v priebehu času mení alelové frekvencie druhov“. Na úvod je potrebné poznamenať, že

je to stochastický proces, to znamená, že sa deje kvôli náhode alebo sporadickým nesúvisiacim účinkom.

Okrem tejto počiatočnej charakteristiky je ďalším z pojmov, ktoré definujú genetický drift, strata, pretože toto selekčná sila podporuje variáciu alel v populácii, opravuje niektoré a podporuje zmiznutie iné. Uvidíme to podrobnejšie v nasledujúcich riadkoch.

O alelách a populácii

Zjednodušenie genetických pojmov, môžeme potvrdiť, že alela je každá z variácií, ktoré môže rovnaký gén predstavovať. Klasickým príkladom sú semená hrachu, ktoré Mendel používal na vysvetlenie genetickej segregácie naprieč generáciami. Dominantná alela „A“ môže kódovať zelenú farbu semien, zatiaľ čo recesívna alela „a“ kóduje žltú farbu.

Pretože väčšina zvierat sú diploidné bytosti (ktoré majú v jadre dve sady homológnych chromozómov), každá z dvoch kódujúcich alel postavy bude pochádzať od otca, respektíve matky, a preto by v tomto prípade boli možné varianty: AA, Aa a aa. Pokiaľ teda pochopíme, že jedinec zdedí pre každý gén dve alely, príde jeho fenotyp (vonkajšie vlastnosti) priamo kódované ich genotypom (alelické kombinácie v genóme), ktorý sa dedí ako kombinácia tých z Jeho rodičia.

Po druhé, pojem „populácia“ je potrebné v oblasti biológie trochu preskúmať genetický drift pôsobí na populácie a nie na samotný druh. Druh je „uzavretý“ pojem, pretože si nemôže vymieňať gény s inými rôznymi entitami. Na druhej strane je populácia koncipovaná ako „otvorené“ oddelenie, pretože môžu vstúpiť rôzni členovia iných členov. populácie rovnakého druhu a množia sa medzi nimi, čo bude mať v líniách zásadný význam neskôr. Keď sme si obidve pojmy stanovili všeobecne, sme pripravení pochopiť základ genetického driftu.

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

Teoretické základy driftu

Je čas držať sa sedadla, pretože krivky a pojmy sú trochu zložitejšie na vysvetlenie. Genetický posun je určená rozptylom alelickej frekvencie, to znamená variabilitou znakov vzhľadom na priemer. Túto evolučnú silu teda môžeme vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:

• sp2 zodpovedá rozptylu alelových frekvencií populácií, teda samotnému genetickému driftu.
• p a q sú alelové frekvencie dvoch populácií znaku.
• N je počet jedincov v každej z dvoch populácií.

Každý z týchto parametrov sa samozrejme získava pomocou zložitých vzorcov, takže sa nebudeme viac zameriavať na matematický základ tejto evolučnej sily. Ak musí byť nápad po prečítaní týchto riadkov jasný, je to nasledovné: čím menšia je populácia, tým viac silového genetického driftu bude mať nad svojimi členmi.

Efektívna veľkosť populácie

V predchádzajúcom odseku sme zaviedli kľúčový výraz: veľkosť populácie. Pravdou je, že keď vezmeme do úvahy rozsah genetického driftu, vedci nestoja za to, aby sa rátali iba jednotlivci v populácii. V týchto prípadoch počet zvierat, ktoré sa v ňom množia, musí byť spoľahlivo kvantifikovaný.

Veľmi jasným príkladom rozdielu medzi celkovou populáciou a efektívnou veľkosťou populácie sú demografické štúdie obojživelníkov. Napríklad bežná populácia ropuchy môže pozostávať zo 120 členov. Ak sa uchýlime k genetickej analýze, môžeme pozorovať, že sa ročne určite rozmnoží iba asi 40 dospelých jedincov, takže z nich zostane maximum potomkov. Účinná veľkosť populácie (Ne), ktorá by utrpela účinky driftu, by teda bola 40, nie 120.

Účinky genetického driftu

Genetický drift má niekoľko vplyvov na populácie živých bytostí, môžeme ich však rozdeliť do dvoch veľkých blokov:

• Produkuje zmenu vo frekvenciách alel v populácii. To môže znamenať, že sa zvyšujú alebo znižujú, pretože ide o čistú náhodu.
• Znižuje dlhodobé genetické variácie v populáciách.

Tento posledný bod má zásadný význam, pretože genetický drift znižuje variabilitu, čo sa v konečnom dôsledku prejaví vo väčšej zraniteľnosti populácie voči zmenám v životnom prostredí. Zoberme si praktický príklad.

Ak máme fiktívnu populáciu 10 vtákov, 8 červených a 2 žltých, je prirodzené si myslieť, že čírou náhodou je to pravdepodobnejšie ako v budúcej generácie sa červené členy javia viac zastúpené (pretože ak z tých 10 sú reprodukované iba 3, je tu možnosť, že všetky 3 sú zafarbené Červená). V prvej generácii by alelová frekvencia červeného znaku „p“ bola 0,8, zatiaľ čo žltý znak „q“ mal frekvenciu 0,2.

Ak by sa v prípade udalosti rozmnožili iba 3 muži a ženy červenej farby, teoreticky by alela q mohla zmiznúť ďalšia generácia, teda p = 1 a q = 0, pričom všetci potomkovia sú červení (znak p by bol súprava). Toto je skutočný účinok genetického driftu, ktorý náhodou vyprodukuje fixáciu najrozšírenejších znakov v populácii a nakoniec vyradí tie najunikátnejšie.

Záchrana populácií

Našťastie máme silu, ktorá sa tomuto náhodnému výberu zväčša vyhýba: prirodzený výber. V tomto prípade, čelíme vývojovému motoru, ktorý vôbec nezodpovedá náhodným a stochastickým procesom, pretože vlastnosti každého jednotlivca môžu určovať jeho prežitie, reprodukciu a následné zastúpenie v budúcich generáciách.

Je tiež potrebné poznamenať, že vyššie uvedený príklad je dosť krívajúci kvôli redukcii, ktorú si sám stanovil, pretože zjavne veľa morfologických znakov je kódovaných viac ako jedným génom (napríklad farbou očí pre príklad). Okrem toho je v populácii 1 000 jedincov skôr ako 10 zrejmé, že zmiznutie alely je oveľa zložitejšie ako jej „vymazanie“ v jednej generácii.

Na druhej strane, tok génov je ďalším kľúčovým konceptom, ktorý zabraňuje účinkom genetického driftu. Alela mohla byť v populácii zafixovaná v priebehu času, ale ak sa objavia noví členovia s rôznymi alelami a reprodukujú s jedincami pôvodnej populácie, v ďalšom sa uvádza obnovená genetická variabilita generácií.

Nakoniec je potrebné to obmedziť mutácie sa vyskytujú náhodne v živých veciach. Môžu tak vzniknúť variácie v DNA, ktorá kóduje nové alely, a preto (o menej teoreticky) v uzavretej populácii sa nové znaky môžu naďalej objavovať v a sporadické.

Pokračovať

Ako sme videli, genetický drift je to hlavný evolučný motor živých bytostí spolu s prírodným výberom, ale líši sa od druhej kvôli svojej náhodnej a náhodnej povahe. Z čisto teoretického hľadiska, ak by nedošlo k žiadnym udalostiam, ako je tok génov, výskyt mutácií alebo prirodzený výber, všetky populácie by nakoniec mali jednu alelu pre každý gén, aj keby to trvalo veľa generácií.

To sa prirodzene prejaví v menšej genetickej variabilite, čo znamená horšiu reakciu na zmeny v populácii a na úrovni jednotlivcov na zmeny a environmentálnu nepriaznivosť. Proti genetickému driftu teda pôsobí sám život, pretože má samozrejme jasný nepriaznivý charakter.

Bibliografické odkazy:

• Genetic Drift, khanacademy.org. Vyzdvihnuté 23. októbra o https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/natural-selection/population-genetics/a/genetic-drift-founder-bottleneck#:~:text=La%20deriva%20g%C3%A9nica%20sucede%20en, 0% 25% 20% 2C% 20de% 20iné% 20alelos.
• Eguiarte, L., Aguirre-Planter, E., Scheinvar, E., González, A., & Souza, V. (2010). Tok génov, diferenciácia a genetická štruktúra populácií, s príkladmi mexických druhov rastlín. Laboratórium molekulárnej a experimentálnej evolúcie, Katedra evolučnej ekológie, Inštitút ekológie, Národná autonómna univerzita v Mexiku, 1.-30.
• Futuyma, D. J. (1992). Evolučná biológia (roč. 2). 2. vyd. Ribeirão Preto: SBG.