Učinek ustanovitelja: kaj je in kako vpliva na biološki razvoj

Od datuma objave "Porekla vrst" slovitega Charlesa Darwina v Ljubljani 1859 ljudje v svoji zgodovini več ne pojmujejo živih bitij kot nepremičnih in statičnih entitet evolucijski. V skladu s postulatori teorije naravne selekcije so živa bitja podvržena naključnim mutacijam v celotnem območju generacije, nekateri znaki pa so zaradi svoje uporabnosti določeni, drugi pa so diskriminirani in izginejo z vreme.

Na primer, posameznik določene vrste obarvanih moljev lahko mutira gen za proizvodnjo melanina med njegovim razvojem in je zato popolnoma obarvan Črna. Če je ta lastnost dedna in pomaga osebku, da ostane dlje časa skrit v lubju dreves, se bo večkrat razmnoževal, saj se je povečala njegova biološka sposobnost. Tako se bo ta lastnost razširila po celotni populaciji, saj se bodo črni molji razmnoževali več kot beli molji. Tako preprosto.

Po drugi strani pa lahko črna barva molja lažje pritegne pozornost plenilcev in mutirani posameznik postane plen takoj, ko se rodi. V tem primeru bi umrl neposredno in škodljivi gen bi izginil iz genskega sklada prebivalstva. S temi temelji smo se poglobili vase

učinek ustanovitelja ali kaj podobnega, posledice, ki izhajajo iz obstoja zelo majhne populacije vrste v danem ekosistemu.

• Povezani članek: "Vedenjska genetika: opredelitev in njenih 5 najpomembnejših ugotovitev"

Osnove genskega zanosa

Kot smo že povedali, je Darwin v "Poreklu vrst" predpostavil naravno selekcijo kot evolucijski motor populacije, vendar je zanimivo vedeti, da to ni edini mehanizem v naravi, ki spreminja alelne frekvence bitij živ. Tudi imamo genski zamik, popolnoma stohastičen proces, ki je posledica naključnega vzorčenja pri razmnoževanju in ki na splošno teži k zmanjšanju genske raznolikosti organizmi (homozigotnost). Poglejmo isti primer, naveden zgoraj, z druge perspektive.

Recimo, da imamo mini populacijo 5 moljev, 4 bele in ene črne. Izkazalo se je, da je črna barva resnično koristna za vrsto, saj omogoča odlično posnemanje drevesno lubje, žal pa mutirani črni primerek umre, ko trči s kozarcem a avto. Njegova barva ni imela nič skupnega s smrtjo in je kljub blagodejnemu značaju popolnoma izbrisana s prebivalstva.

Zaradi te "vzorčne napake" lahko včasih popolnoma uspešni aleli za določeno populacijo izginejo, ne da bi upoštevali logične razloge ali mehanizme naravne selekcije. Kakorkoli, treba je opozoriti, da genski zamik deluje veliko močneje v majhnih populacijah: Če bi imeli v navedeni populaciji 5000 moljev in bi jih bilo 1.000 črnih, je veliko manj možnosti, da bi vsi črni naključno izginili.

Pri razlagi genskega odnašanja igra veliko več konceptov bistveno vlogo. Nekateri med njimi so frekvence alelov, dejanska velikost populacije, potencialna ozka grla itd. Vsekakor se bomo v preostalih vrsticah osredotočili na enega najbolj znanih vzrokov genskega odnašanja v svetu zoologije: učinek ustanovitelja.

Kakšen je učinek ustanovitelja?

Učinek ustanovitelja je eden najjasnejših vzrokov za mehanizme genskega odnašanja, skupaj z omejitvami virov v določenem okolju in evolucijskim ozkim grlom. V tem konkretnem primeru govorimo o izguba genskih informacij, ko se majhen del velike populacije od nje osamosvoji na drugem terenu.

Poiščimo nov primer, ker barva moljev ne daje več. Recimo, da imamo zdaj 200 ptic, ki vsako leto opravijo čezatlantsko selitev s celine na celino, da bi se razmnožile. Iz kakršnega koli razloga je na enem od teh zahtevnih potovanj 10 teh ptic ločenih od jate začetnik iskanja novih ozemelj in izčrpan poišč zavetje na majhnem otoku sredi Ljubljane nič.

Če ima ta otok potrebna sredstva in očitno primanjkuje plenilcev, se teh 10 ptic lahko naseli na otoški zemlji in se odloči, da se ne bo selilo. Tako je bila ugotovljena nova populacija 10 osebkov iz druge, ki je štela 200 osebkov. Izbirno vzorčenje je bilo povsem naključno, zato se lahko pogostost alelov novih posameznikov zelo razlikuje od pričakovane v splošni populaciji.

Na primer, 1 od 100 ptic ima lahko večji račun kot ostali, 1 od 50 pa je zelenih namesto rumenih. Če se izkaže, da zaradi naključnosti 3 od teh ptic ustanoviteljic te lastnosti predstavljajo v 10 prebivalcev, je več kot mogoče, da bodo ti aleli določeni v prihodnjih generacijah, čeprav jih ne bodo "pravilo". Torej, učinek ustanovitelja lahko povzroči, da se lastnosti določijo pri vrsti, ki če bi bila večja populacija, tega ne bi nikoli storila.

• Morda vas zanima: "Genetski premik: kaj je to in kako vpliva na biološki razvoj?"

Učinki ustanoviteljskega učinka

Kot si lahko predstavljate, lahko glede na značilnosti "ustanoviteljev" sčasoma pride do globokega razkola med pripadniki prvotne populacije in nove. Stvar postane veliko bolj zanimiva, če upoštevamo, da poleg tega Naravna selekcija bo verjetno vplivala tudi na alele ustanoviteljev drugače kot tiste, ki so prisotne v veliki populaciji.

Če nadaljujemo s prejšnjim primerom, je jasno, da biti 10 osebkov v eksotičnem okolju ni nič drugega kot živeti v skupini 200 na celinskem terenu. Zato so lahko izbrane netipične lastnosti (velik list in zelena barva) dolgoročno koristne za tiste, ki jih nosijo. Tako se nam na primer zdi, da bi lahko zeleni odtenek posnemal ptico na vrhovih palm, velik kljun pa bi bil zelo koristen za lomljenje kokosovih orehov in dostop do hrane.

Tako je poleg "vzorčne napake" same selekcije možno, da ima selekcija sčasoma naklonjenost netipičnim genotipom (in fenotipom) zaradi novih vsiljevanj okolja. Tako bi bili potomci ustanoviteljev vse bolj zeleni in statistično gledano najvišji, dokler ne bi dosegli točke največje primernosti za izkoriščanje njihove nove niše. Zapomni si to evolucija ne ustvari popolnih bitij, ker so v pogovoru in grešnih redukcionistih rekli, "s tem, kar imaš, delaš, kar lahko.

V tem konkretnem in popolnem scenariju bi lahko pričakovali, da bodo otoški kolonizatorji skozi stoletja postali podvrsta in kasneje njihova lastna vrsta. Ko se član otoškega prebivalstva ne more razmnoževati z drugim originalom (bodisi po anatomiji, vedenje, precigotične ovire in še več) lahko rečemo, da oba primerka v končni fazi pripadata a različne vrste. To je jasen primer, kako lahko učinek ustanovitelja povzroči nastanek vida v otoškem okolju.

• Morda vas zanima: "Specifikacija: kaj je in kako se razvija v biološkem razvoju"

Nadaljuj

Predstavili smo vam idilično nastavitev, da boste razumeli, kakšen je učinek ustanovitelja, žal pa narava običajno ne deluje tako. Ena največjih slabosti majhnih populacij je ta, da težijo k homozigotnosti in križanstvu to pomeni, da se genetska variabilnost skozi generacije izgublja zaradi pomanjkanja reproduktivnih posameznikov znano. Tako je najverjetneje, da populacija 10 posameznikov ne bo nikoli začela, in če se bo, potomci 3-4 generacije kasneje ne bodo sposobni za preživetje.

Možno je tudi, da iz kakršnega koli razloga lik, ki je prej povečal evolucijsko sposobnost preživetja, sčasoma to preneha.

Če ne bo genetske raznovrstnosti (če bodo vedno določeni isti aleli), bodo vsi posamezniki v majhni populaciji bolj ali manj enako pripravljeni na okoljske spremembe, zato tveganje izumrtja se znatno poveča. Učinek ustanovitelja lahko spodbuja speciacijo, pa tudi popolno izginotje populacije zaradi pomanjkanja genske raznolikosti.

Bibliografske reference:

• Greenbaum, G., Templeton, A. R., Zarmi, Y. in Bar-David, S. (2014). Alelsko bogastvo po dogodkih, ki so ustanavljali prebivalstvo - stohastični okvir za modeliranje, ki vključuje pretok genov in genski zamik. PloS one, 9 (12), e115203.
• King, T. E., & Jobling, M. TO. (2009). Ustanovitelji, neskladje in nezvestoba: razmerje med raznolikostjo kromosomov Y in patrilinealnimi priimki. Molekularna biologija in evolucija, 26 (5), 1093-1102.
• Pardo, L. M., MacKay, I., Oostra, B., van Duijn, C. M., & Aulchenko, Y. S. (2005). Učinek genskega premika pri mladi gensko izolirani populaciji. Anali človeške genetike, 69 (3), 288-295.
• Slatkin, M. in Excoffier, L. (2012). Učinki serijskih ustanoviteljev med razširitvijo območja: prostorski analog genskega odnašanja. Genetika, 191 (1), 171-181.
• Whitlock, M. C. (1997). Učinki ustanovitelja in premiki vrhov brez genskega odnašanja: prilagodljivi premiki vrhov se zlahka pojavijo, ko okolja nekoliko nihajo. Evolucija, 51 (4), 1044-1048.