Ефект засновника: що це таке і як він впливає на біологічну еволюцію

З дати публікації знаменитого Чарльза Дарвіна "Походження видів" у 1859, люди більше не уявляють живих істот як нерухомі та статичні сутності в своїй історії еволюційний. Згідно з постулацією теорії природного відбору, живі істоти зазнають випадкових мутацій у всьому світі покоління, і деякі символи фіксуються завдяки своїй корисності, тоді як інші зазнають дискримінації та зникають разом із погода.

Наприклад, особина певного різновиду кольорових видів молі може зазнати мутацію в ген, що продукує меланін, під час його розвитку і, отже, являє собою повністю забарвлений чорний. Якщо ця ознака успадковується і допомагає зразку довше залишатися прихованим у корі дерев, він буде розмножуватися більше разів, оскільки його біологічна здатність збільшиться. Таким чином, ця ознака пошириться на всю популяцію, оскільки чорна моль відтворюватиме більше, ніж біла моль. Так просто.

З іншого боку, чорний колір молі може легше привернути увагу хижаків, і на мутовану особину полюють, як тільки вона народиться. У цьому випадку він загинув би безпосередньо, а шкідливий ген зник би з генофонду популяції. Маючи ці основи на місці, ми занурюємось

ефект засновника, або те саме, наслідки, що випливають із існування дуже невеликої популяції виду в даній екосистемі.

• Пов’язана стаття: "Поведінкова генетика: визначення та 5 найважливіших результатів"

Основи генетичного дрейфу

Як ми вже говорили, Дарвін постулював у "Походженні видів" природний відбір як еволюційний двигун популяцій, але цікаво знати, що це не єдиний в природі механізм, який варіює алельні частоти істот живий. Також ми маємо генетичний дрейф, повністю стохастичний процес, який є наслідком випадкового відбору проб при розмноженні і який, як правило, має тенденцію до зменшення генетичного різноманіття організми (гомозиготність). Погляньмо на той же приклад, наведений вище, з іншої точки зору.

Скажімо, у нас міні-популяція - 5 мільйонів, 4 білі та одна чорна. Виявляється, чорний колір по-справжньому корисний для виду, оскільки він дозволяє чудово імітувати в кора дерева, але, на жаль, мутований чорний зразок гине при зіткненні зі склом a автомобіль. Його колір не має нічого спільного з його смертю, і, незважаючи на вигідний характер, він повністю стирається з населення.

Через цю "помилку вибірки" іноді можуть зникнути повністю життєздатні алелі для конкретної популяції, не враховуючи логічних причин або механізмів природного відбору. У будь-якому випадку, слід зазначити, що генетичний дрейф працює набагато сильніше в невеликих популяціях: Якщо у нас у цитованій популяції було 5000 міль, і 1000 з них були чорними, то шанси на те, що всі чорні зникнуть навмання, набагато нижчі.

У поясненні генетичного дрейфу багато інших понять відіграють важливу роль. Деякі з них - частоти алелів, ефективний розмір популяції, потенційні вузькі місця тощо. У будь-якому випадку, в решті рядків ми зупинимось на одній з найвідоміших причин генетичного дрейфу у світі зоології: ефект засновника.

Що таке ефект засновника?

Ефект засновника є однією з найбільш чітких причин механізмів генетичного дрейфу, поряд з обмеженими ресурсами в даному середовищі та еволюційним вузьким місцем. У цьому конкретному випадку ми говоримо про втрата генетичної інформації, коли невелика частина великої популяції стає незалежною від неї на іншій місцевості.

Давайте шукати новий приклад, тому що колір молі не дає більше. Тепер, припустимо, у нас є популяція 200 птахів, які щороку здійснюють трансатлантичну міграцію з континенту на континент для відтворення. З будь-якої причини, в одній із цих вимогливих поїздок 10 з цих птахів відокремлюються від зграї первісний у пошуках нових територій і, знесилений, шукає притулку на маленькому острові в середині нічого.

Якщо на цьому острові є необхідні ресурси і явно не вистачає хижаків, ці 10 птахів можуть поселитися на островній землі і вирішити не мігрувати. Таким чином, було встановлено нову популяцію з 10 зразків з іншої, що складалася з 200. Вибіркова вибірка була абсолютно випадковою, і, отже, частота алелів у нових особин може сильно відрізнятися від очікуваної у загальній популяції.

Наприклад, у 1 із 100 птахів дзьоб може бути більшим, ніж у решти, а у 1 із 50 зелений замість жовтого. Якщо виявиться, що в результаті випадковості 3 із цих птахів-засновників мають ці особливості із загальною чисельністю населення 10, більш ніж можливо, що ці алелі будуть зафіксовані в майбутніх поколіннях, незважаючи на відсутність "правило". Так що, ефект засновника може спричинити закріплення рис у виду, який, якби це була більша популяція, ніколи б цього не зробив.

• Вас можуть зацікавити: "Генетичний дрейф: що це таке і як він впливає на біологічну еволюцію?"

Ефекти ефекту засновника

Як ви можете собі уявити, залежно від особливостей «засновників», з часом між членами первинного населення та нового може статися глибокий розкол. Річ стає набагато цікавішою, якщо врахувати, що, крім того, природний відбір також може впливати на алелі засновників інакше, ніж ті, що є у великої популяції.

Якщо продовжити попередній приклад, стає зрозуміло, що перебування 10 екземплярів в екзотичному середовищі - це не що інше, як життя в групі з 200 осіб на континентальній місцевості. Тому вибрані атипові риси (велика купюра та зелений колір) можуть бути корисними в довгостроковій перспективі для тих, хто їх носить. Наприклад, нам спадає на думку, що зелений відтінок може імітувати птицю на вершинах пальм, а великий дзьоб буде дуже корисним для розбиття кокосових горіхів і доступу до їжі.

Таким чином, крім "помилки вибірки" самого відбору, можливо, що відбір надає перевагу атиповим генотипам (і фенотипам) з часом завдяки новим нав’язуванням навколишнього середовища. Таким чином, потомство засновників буде дедалі зеленішим і з найвищим піком статистично, до досягнення точки максимальної адаптації до експлуатації їх нової ніші. Пам'ятайте, що еволюція не створює досконалих істот, тому що в розмовному мовленні та грішних редукціоністів: "Ви робите те, що можете, з тим, що маєте".

За цим конкретним і досконалим сценарієм можна було очікувати, що острівні колонізатори в кінцевому підсумку стануть підвидом, а пізніше - власним видом протягом століть. Коли представник островного населення не може розмножуватися за допомогою оригіналу (або за анатомією, поведінка, прециготичні бар'єри тощо) можна сказати, що обидва зразки належать, зрештою, до різні види. Це яскравий приклад того, як ефект засновника може викликати видоутворення в острівному середовищі.

• Вас можуть зацікавити: "Видоутворення: що це таке і як воно розвивається в біологічній еволюції"

Резюме

Ми подарували вам ідилічну обстановку, щоб ви зрозуміли, що таке ефект засновника, але, на жаль, природа, як правило, не працює так. Однією з найбільших слабких сторін малих популяцій є те, що вони схильні до гомозиготності та інбридингу Іншими словами, ця генетична мінливість втрачається протягом поколінь через відсутність репродуктивних особин знайомий. Отже, найімовірніше, що популяція з 10 особин ніколи не почнеться, і, якщо це станеться, потомство через 3-4 покоління в кінцевому підсумку виявиться нежиттєздатним.

Можливо також, що з будь-якої причини персонаж, який раніше підвищував еволюційну життєздатність, з часом перестає це робити.

Якщо генетичного різноманіття немає (якщо однакові алелі завжди фіксовані), усі особини в невеликій популяції будуть більш-менш однаково підготовлені до змін навколишнього середовища, тому ризик вимирання значно збільшується. Ефект основоположника може сприяти видоутворенням, а також повним зникненням популяції через відсутність генетичного різноманіття.

Бібліографічні посилання:

• Грінбаум, Г., Темплтон, А. Р., Зармі, Ю., і Бар-Девід, С. (2014). Алельне багатство після подій заснування популяції - стохастична модель моделювання, що включає потік генів та генетичний дрейф. PloS one, 9 (12), e115203.
• Кінг, Т. E., & Jobling, M. ДО. (2009). Засновники, дрейф та невірність: взаємозв'язок між різноманітністю Y-хромосом та патрілінійними прізвищами. Молекулярна біологія та еволюція, 26 (5), 1093-1102.
• Пардо, Л. М., Маккей, І., Оостра, Б., ван Дуйн, К. М., & Aulchenko, Y. С. (2005). Вплив генетичного дрейфу на молоду генетично ізольовану популяцію. Аннали людської генетики, 69 (3), 288-295.
• Слаткін, М., і Екскоф'є, Л. (2012). Ефекти послідовного засновника під час розширення ареалу: просторовий аналог генетичного дрейфу. Генетика, 191 (1), 171-181.
• Уітлок, М. C. (1997). Ефекти засновника та зсуви піків без генетичного зсуву: адаптивні зсуви піків відбуваються легко, коли середовища незначно коливаються. Еволюція, 51 (4), 1044-1048.