คอขวดวิวัฒนาการ: มันคืออะไรและมันส่งผลกระทบต่อสปีชีส์อย่างไร

เมื่อเรานึกถึงวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต สิ่งแรกที่นึกถึงคือการคัดเลือกโดยธรรมชาติ สมมุติฐานที่มีชื่อเสียงที่ Charles Darwin สร้างขึ้นในงานอมตะของเขาในวันนี้: The Origin of สายพันธุ์ แม้ว่าจะมีการจัดรูปแบบใหม่หลายครั้งและได้รับความรู้ใหม่เกี่ยวกับเรื่องนี้ แต่ปรากฏการณ์วิวัฒนาการนี้ก็ไม่อาจโต้แย้งได้

การคัดเลือกโดยธรรมชาติเป็นเรื่องเกี่ยวกับชุดของสถานที่ที่เรียบง่ายมาก: จีโนมของสิ่งมีชีวิตกลายพันธุ์ รวมตัวกันใหม่ (ในกรณีของการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ) และโครโมโซมสามารถเปลี่ยนรูปร่างและ/หรือจำนวนได้. เนื่องจากยีนไม่สามารถกันน้ำได้ตลอดหลายชั่วอายุคน บางครั้งลักษณะใหม่ ๆ ก็ปรากฏออกมาซึ่งเอื้ออำนวยต่อบุคคลที่พกพายีนเหล่านี้ ในบางครั้ง การกลายพันธุ์นั้นเงียบหรือเป็นอันตราย พวกมันจึงไม่มองที่สปีชีส์

ตัวอย่างเช่น สมมติว่าการกลายพันธุ์ในยีนหนึ่งทำให้นกมีขนหางที่ยาวกว่าเล็กน้อย หากลักษณะนี้ดึงดูดตัวเมีย ตัวผู้หางยาวจะขยายพันธุ์มากกว่าตัวอื่นๆ ในสปีชีส์ของมัน หากลักษณะนี้เป็นกรรมพันธุ์ ตัวอย่างที่มีหางยาวจะปรากฏขึ้นมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากจะมีลูกหลานโดยเฉลี่ยมากขึ้น ในท้ายที่สุด คุณลักษณะที่เป็นประโยชน์นี้จะได้รับการแก้ไขในสายพันธุ์

instagram story viewer

นี่เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของการคัดเลือกโดยธรรมชาติของธรรมชาติทางเพศ เนื่องจากเป็นการเลือกของผู้หญิงที่เข้ารหัสกระบวนการ อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ทุกคนไม่รู้ก็คือโดยธรรมชาติแล้ว "ไม่ใช่ทุกสิ่งจะมีเหตุผล" คุณจะรู้ว่าเราหมายถึงอะไรถ้าคุณอ่านต่อไป เพราะเราจะบอกคุณว่าการเบี่ยงเบนทางพันธุกรรมคืออะไรและมีความแตกต่างที่โดดเด่นเป็นพิเศษ: คอขวดวิวัฒนาการ.

บทความที่เกี่ยวข้อง: "ทฤษฎีวิวัฒนาการทางชีวภาพ: มันคืออะไรและอธิบายอะไร"

การเบี่ยงเบนทางพันธุกรรมคืออะไร?

กลไกการวิวัฒนาการไม่สมบูรณ์แบบเท่าที่ควรเมื่อศึกษาการดัดแปลงสัตว์บางชนิดในชั้นเรียนชีววิทยา การคัดเลือกโดยธรรมชาติทำหน้าที่เป็นพลังโดยไม่สมัครใจและหมดสติ แต่สิ่งมีชีวิต "ทำในสิ่งที่พวกเขาทำได้ด้วยสิ่งที่พวกเขามี". แน่นอนว่าลักษณะบางอย่างจะเหมาะสำหรับสัตว์ในสภาพแวดล้อมเฉพาะ แต่การกลายพันธุ์อาจ มันเป็นไปไม่ได้ในสายพันธุ์หรือว่าง่าย ๆ ร่างกายของสัตว์ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อใช้ประโยชน์จากช่อง ลูกเต๋า.

นอกจากนี้ ควรสังเกตว่าการคัดเลือกโดยธรรมชาติไม่ใช่กลไกวิวัฒนาการเพียงอย่างเดียวในสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้ยังมีการเบี่ยงเบนทางพันธุกรรม ซึ่งเป็นผลสุ่ม (ไม่กำหนด) ที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของยีนผ่านการสุ่มรุ่นเนื่องจากข้อผิดพลาดในการสุ่มตัวอย่าง

ตัวอย่างการใช้งานจริง

ลองมาดูตัวอย่างกัน ในประชากรแคระมีด้วงแดง 7 ตัวและด้วงเขียว 3 ตัว ปรากฎว่าสีเขียวกลมกลืนกับสิ่งแวดล้อมได้ดีกว่า ดังนั้นจึงลดโอกาสที่จะถูกล่าก่อน และอาจสืบพันธุ์ได้ง่ายกว่าสีแดง ไม่ต้องสงสัยเลยว่าสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังสีเขียวในกรณีนี้ "เหมาะสมกว่าในระดับวิวัฒนาการ"

น่าเสียดาย ก่อนที่ตัวอย่างทั้งสามนี้จะมีเพศสัมพันธ์ได้ วัวตัวหนึ่งเหยียบพื้นและทุบพวกมัน สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมไม่ได้ตั้งใจที่จะยุติชีวิตของแมลงเต่าทอง เพราะมันไม่ได้พยายามจะจับเหยื่อและไม่ได้มีปฏิสัมพันธ์กับพวกมันแต่อย่างใด ลักษณะของโคลออปเทอแรนเหล่านี้ไม่ต้องสงสัยเลยว่าเป็นบวก แต่โดยบังเอิญ ยีนที่เป็นประโยชน์ได้หายไป

ดังนั้น, การเบี่ยงเบนทางพันธุกรรมมีแนวโน้มที่จะลดความหลากหลายทางพันธุกรรม: หากด้วงแดง 3 ตัวถูกเหยียบ (ลักษณะทั่วไปที่สุด) ก็ยังมีอีก 4 ตัวที่สามารถสืบพันธุ์ได้. เท่าที่สีเขียวจะเป็นประโยชน์สำหรับสายพันธุ์ มันเป็นความโชคร้ายแบบสุ่มที่ยีนได้ถูกลบออกจากประชากรโดยการกระทำโดยสรุปทั้งหมด นี่คือการทำงานของการเบี่ยงเบนทางพันธุกรรม

ในสถานการณ์สมมตินี้ โอกาสที่จะถูกเหยียบจะถือว่าเท่ากันสำหรับแมลงปีกแข็งสีเขียวและสีแดง ถ้าไม่เช่นนั้น การสุ่มตัวอย่างจะไม่เป็นการสุ่ม

คอขวดวิวัฒนาการในการล่องลอยทางพันธุกรรม

สักครู่ ลองนึกภาพว่าในตัวอย่างข้างต้น ประชากรมีด้วงกว่า 10,000 ตัว สีแดง 7,000 ตัว และสีเขียว 3,000 ตัว: ในนี้ ในกรณีนี้ไม่ว่าวัวจะขยี้ตัวอย่างสีเฉพาะ 3 ตัวอย่างมากน้อยเพียงใด ยีนสีเขียวก็จะคงอยู่นาน ระยะ ด้วยสมมติฐานนี้ เป็นที่เข้าใจกันว่าการเลื่อนลอยทางพันธุกรรมส่งผลต่อประชากรกลุ่มเล็กๆ มากกว่ามาก

คอขวดวิวัฒนาการในขณะเดียวกันคือ เหตุการณ์ที่ประชากรลดลงอย่างกะทันหันโดยเหตุการณ์ด้านสิ่งแวดล้อม เช่น แผ่นดินไหว ความอดอยาก โรคภัย หรือกิจกรรมของมนุษย์. หากในประชากรของเรามีด้วงหลากสี 10,000 ตัว มีน้ำท่วมเหลือเพียง 10 ตัวอย่างเท่านั้น specimen มีชีวิตอยู่ ไม่ยากเลยที่จะจินตนาการว่าการเคลื่อนตัวของยีนจะสามารถทำได้ง่ายขึ้นในประชากรที่ถูกทารุณกรรมได้อย่างไร หมด

เพื่อให้เข้าใจความหมายของคอขวดเชิงวิวัฒนาการ เราต้องแยกชุดคำศัพท์ที่เป็นรูปธรรมและน่าตื่นเต้น ไปหามัน

ประชากรที่ทำงานได้ขั้นต่ำ

ในชีววิทยาการอนุรักษ์ ประชากรที่มีชีวิตขั้นต่ำ (MVP) คือ จำนวนบุคคลขั้นต่ำในประชากรที่สามารถอยู่รอดได้โดยไม่ยุบเมื่อเวลาผ่านไป. ในระดับทฤษฎี ประชากรที่มีจำนวนบุคคลที่มากกว่า MVP อาจมีอยู่แม้ว่า ภัยธรรมชาติตามปกติ การขาดอาหารที่คาดไว้ หรือผลกระทบของการเลื่อนลอยทางพันธุกรรมก่อนหน้านี้ อธิบายไว้

ไม่มีจำนวนประชากรขั้นต่ำที่แน่นอน เนื่องจากสายพันธุ์เช่นคางคกทั่วไป (Bufo spinosus) ที่วางไข่หลายพันฟองนั้นไม่เหมือนกัน ปีละกว่าช้าง (Loxodonta africana) ซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่ตัวเมียให้กำเนิดลูกเพียงตัวเดียวและมีระยะเวลาตั้งท้อง 22 เดือน ขึ้นอยู่กับเวลาในการพัฒนา การตั้งครรภ์ รอบการสืบพันธุ์ และพารามิเตอร์อื่นๆ MVP อาจสูงหรือต่ำกว่ามาก.

โดยทั่วไป สิ่งที่สามารถกำหนดได้ในระดับสากลคือ MVP ที่เหมาะสมที่สุดในสายพันธุ์ใด ๆ คือสิ่งที่รับประกัน ประชากรถาวร 95-99% ใน 1,000 ปี เข้าใจว่าภัยพิบัติและเหตุการณ์ที่เป็นอันตรายสามารถเกิดขึ้นได้ในช่วงเวลานี้ ชั่วคราว. อย่างที่คุณจินตนาการได้ หากคอขวดส่งผลให้ประชากรที่มีจำนวนต่ำกว่า MVP ก็จะถึงวาระ

คุณอาจสนใจ: "รหัสพันธุกรรมคืออะไรและทำงานอย่างไร"

ขนาดประชากรที่มีประสิทธิภาพ (N)

พารามิเตอร์ที่น่าสนใจอีกอย่างหนึ่ง (แต่เข้าใจยากกว่ามาก) คือขนาดประชากรที่มีประสิทธิภาพ (Ne) นี้ถูกกำหนดเป็น จำนวนบุคคลที่ประชากรในอุดมคติควรมีสำหรับปริมาณความสนใจเฉพาะให้เท่ากันในประชากรในอุดมคติเช่นเดียวกับในประชากรจริง. พูดง่ายกว่ามาก Ne ช่วยให้นักพันธุศาสตร์เข้าใจจำนวนบุคคลที่สืบพันธุ์ในประชากร

กลับไปที่แมลงเต่าทองของเราอีกครั้ง ในประชากรเริ่มต้น 10,000 ตัวอย่าง เรามีสิ่งมีชีวิตจำนวนมาก แต่ไม่ได้หมายความว่าพวกมันทั้งหมดไป ที่จะแพร่พันธุ์ทุกปีอาจจะเป็นเพราะว่าแข่งขันกันเองหรือเพราะพื้นที่วางไข่มีจำกัด ดังนั้น แม้ว่าจำนวนประชากรทั้งหมดจะเท่ากับ 10,000 (N: 10,000) ขนาดประชากรที่มีประสิทธิภาพก็อาจเป็นได้ เช่น 300 คน (Ne: 300) สิ่งนี้มีนัยยะหลายอย่างในระดับวิวัฒนาการ เนื่องจากเป็นพารามิเตอร์ที่มีความสำคัญต่อเรามากเมื่อหาปริมาณผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากปัญหาคอขวด

ตัวอย่างนี้อาจฟังดูเป็นเรื่องไร้สาระ แต่ตัวอย่างเช่น ขนาดที่มีประสิทธิภาพเล็กๆ นั้นพบได้ทั่วไปในประชากรสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำตามธรรมชาติ เพศชายแข่งขันกันอย่างเข้มข้นกับคู่แข่งรายอื่นเพื่อเข้าถึงเพศหญิงและสำหรับ น่าเสียดายที่หลายปีเกิดภัยแล้งและไม่พบแหล่งน้ำเพียงพอที่จะสะสม ไข่. ดังนั้น แม้ว่าจะมีการสำรวจผู้ใหญ่ 1,000 คนในประชากรหนึ่งๆ แต่อาจมีเพียง 100 คนเท่านั้นที่สามารถสืบพันธุ์ได้ในปีนั้น (มองโลกในแง่ดีอย่างมาก).

เรซูเม่

โดยสรุป เราได้สอนคุณแล้วว่าการเบี่ยงเบนทางพันธุกรรมคืออะไร คอขวดคืออะไร และผลกระทบของมันขึ้นอยู่กับอะไร หากเหตุการณ์หายนะก่อให้เกิดคอขวดเชิงวิวัฒนาการที่ทิ้งประชากรไว้ ของสายพันธุ์ที่ต่ำกว่า MVP ที่มีลักษณะเป็น Ne ต่ำ คุณสามารถจินตนาการได้ว่า ผล.

ผลกระทบของเหตุการณ์นี้อาจไม่สังเกตเห็นได้ในตัวอย่างแรก แต่กับประชากรแต่ละรุ่นที่ได้รับผลกระทบ กลุ่มยีนจะกัดเซาะและ ดังนั้นผู้ที่เกี่ยวข้องจะต้องทนทุกข์จากการผสมพันธุ์และการหายไปจากโรค การกลายพันธุ์ การขาดการปรับตัว และความสามารถในการดำรงชีวิตทางชีวภาพ หมด

การอ้างอิงบรรณานุกรม

บาร์บาดิลลา, เอ. (2012). พันธุกรรมของประชากร มหาวิทยาลัยอิสระแห่งบาร์เซโลนา บน: http://biologia. uab es / divulgacio / เก็นป็อบ. html # ปัจจัย, ปรึกษาแล้ว, 27 (10), 2012.
โลเปซ, เอส. เอฟ (2001). วิวัฒนาการของยีน histocompatibility คลาส I ในการแผ่รังสีจากโกลด์ฟินช์ในอเมริกาใต้ (lúganos) (วิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอก Complutense University of Madrid)
รอฟฟี่, เอ. (2014, สิงหาคม). การเลื่อนลอยทางพันธุกรรมเป็นแรงวิวัฒนาการ ในการประชุมทรงเครื่อง AFHIC / XXV ญาณวิทยาและการประชุมประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์
ซออาน, ซี. และ. ส., คาเงยามะ, ป. Y., RIBEIRO, A., MATIAS, R., Reis, M. S., BAWA, K., & SEBBENN, A. ม. (2005). ผลของการกระจายตัวของป่าต่อการย้ายถิ่นของเมล็ดพันธุ์และโครงสร้างทางพันธุกรรมชั่วคราวของประชากร Euterpe edulis Mart Revista do Instituto Florestal, 17 (1), 23-43.