Примеры дрейфа генов простые примеры

Генетические причины дрейфа, следствия, примеры / биология

Примеры дрейфа генов простые примеры

генетический дрейф или ген является стохастическим эволюционным механизмом, который вызывает колебания или вариации чисто случайных аллельных частот популяции.

Естественный отбор Чарльза Дарвина и дрейф генов являются двумя наиболее важными процессами, вовлеченными в эволюционные изменения в популяциях. В отличие от естественного отбора, который считается детерминированным и неслучайным процессом, дрейф генов представляет собой процесс, который подтверждается случайными колебаниями частот аллелей в популяции или гаплотипами..

Генный дрейф ведет к неадаптивной эволюции. Фактически, естественный отбор, а не дрейф генов, – это единственный механизм, используемый для объяснения всех адаптаций организмов на разных уровнях (анатомическом, физиологическом или этологическом)..

Это не значит, что дрейф генов не важен. Одно из самых ярких последствий этого явления наблюдается на молекулярном уровне, между различиями в последовательности ДНК и белка..

индекс

  • 1 История
  • 2 причины
  • 3 эффекта
    • 3.1 Как рассчитать вероятность того, что аллель будет потерян или зафиксирован?
    • 3.2 Эффективная численность населения
    • 3.3 Узкие места и основополагающий эффект
    • 3.4 Эффект на уровне ДНК: нейтральная теория молекулярной эволюции
    • 3.5 Почему существуют нейтральные мутации?
  • 4 примера
    • 4.1 Гипотетический пример: улитки и коровы
    • 4.2 Как изменится доля улиток с течением времени??
    • 4.3 Генный дрейф в действии: гепарды
    • 4.4 Пример человеческой популяции: амиши
  • 5 ссылок

история

Теория дрейфа генов была разработана в начале 1930 года важным биологом и генетиком по имени Сьюал Райт..

Кроме того, вклад Мото Кимуры был исключительным в этой области. Этот исследователь привел нейтральную теорию молекулярной эволюции, где он объясняет, что эффекты дрейфа генов вносят важный вклад в эволюцию на уровне последовательностей ДНК..

Эти авторы разработали математические модели, чтобы понять, как дрейф генов работает в биологических популяциях.

причины

Причины дрейфа генов являются стохастическими, то есть случайными явлениями. В свете популяционной генетики эволюция определяется как изменение во времени аллельных частот популяции. Дрейф приводит к изменению этих частот случайными событиями, называемыми «ошибками выборки»..

Генный дрейф считается ошибкой выборки. Гены, включенные в каждое поколение, представляют собой образец генов, которые несут предыдущее поколение..

Любой образец подвержен ошибке выборки. То есть доля различных предметов, которые мы находим в образце, может быть изменена по чистой случайности..

Представьте, что у нас есть сумка с 50 белыми чипсами и 50 черными чипсами. Если мы возьмем десять из них, возможно, по чистой случайности мы получим 4 белых и 6 черных; или 7 белых и 3 черных. Существует несоответствие между теоретически ожидаемыми значениями (5 и 5 каждого цвета) и полученными экспериментально.

эффекты

Эффект дрейфа генов подтверждается случайными изменениями частоты аллелей в популяции. Как мы уже упоминали, это происходит, когда нет никакой связи между изменяющейся характеристикой и фитнес. С течением времени аллели будут в конечном итоге фиксироваться или теряться от населения.

В эволюционной биологии термин фитнес Он широко используется и относится к способности организма размножаться и выживать. Параметр варьируется от 0 до 1.

Таким образом, характеристика, которая изменяется в зависимости от дрейфа, не связана с размножением и выживанием человека..

Потеря аллелей приводит ко второму эффекту дрейфа генов: потере гетерозиготности в популяции. Вариация в определенном месте будет уменьшаться, и в конечном итоге он будет потерян.

Как мы вычисляем вероятность того, что аллель будет потерян или зафиксирован??

Вероятность того, что аллель будет зафиксирован в популяции, равна его частоте во время его изучения. Частота фиксации альтернативного аллеля составит 1 – р. где р равна частоте аллеля.

На эту частоту не влияет предыдущая история изменения частот аллелей, поэтому прогнозы не могут быть сделаны на основе прошлого.

Если, напротив, аллель возник в результате мутации, вероятность его фиксации равна р = 1/2N. где N это количество населения. Это причина, почему новые аллели, которые появляются в результате мутации, легче исправить в небольших популяциях.

Читатель должен подумать, как это повлияет на ценность р когда знаменатель меньше. Логично, что вероятность будет увеличиваться.

Таким образом, эффекты дрейфа генов протекают быстрее в небольших популяциях. В диплоидной популяции (два набора хромосом, как мы, люди) фиксация новых аллелей происходит в среднем каждые 4N поколения. Время увеличивается пропорционально увеличению N населения.

Эффективная численность населения

N которое появляется в предыдущих уравнениях, не относится к значению, идентичному количеству особей в популяции. То есть это не эквивалентно переписи организмов.

В популяционной генетике используется параметр «эффективное количество населения» (Небраска), что обычно меньше, чем у всех людей.

Например, в некоторых популяциях с социальной структурой, в которой доминируют лишь несколько мужчин, эффективное число населения очень мало, поскольку гены этих доминирующих мужчин вносят непропорционально большой вклад – если сравнивать их с остальными мужчинами..

По этой причине скорость, с которой действует дрейф генов (и скорость, с которой теряется гетерозиготность), будет больше ожидаемой, если мы проведем перепись, поскольку население меньше, чем кажется..

Если в гипотетической популяции мы насчитываем 20 000 особей, но воспроизводится только 2000, эффективное число населения уменьшается. И это явление, при котором не все организмы встречаются в популяции, широко распространено в природных популяциях.

Узкие места и основополагающий эффект

Как мы упоминали (и мы демонстрируем математически), дрейф происходит в небольших популяциях. Где не столь частые аллели имеют больше шансов быть потерянным.

Это явление распространено после того, как население испытывает событие, называемое «узким местом». Это происходит, когда значительное количество населения выбрасывается в результате непредвиденного или катастрофического события (например, шторма или лавины)..

Непосредственным эффектом может стать уменьшение генетического разнообразия популяции, уменьшение размера генофонда или генофонда.

Частным случаем узких мест является основополагающий эффект, когда небольшое количество людей отделяется от первоначальной популяции и развивается в изоляции. В примерах, которые мы представим позже, мы увидим, каковы последствия этого явления.

Эффект на уровне ДНК: нейтральная теория молекулярной эволюции

Нейтральная теория молекулярной эволюции была предложена Мото Кимурой. До идей этого исследователя Lewontin & Hubby уже обнаружили, что высокая доля вариаций на уровне ферментов не может активно поддерживать все эти полиморфизмы (вариации).

Кимура пришел к выводу, что эти изменения в аминокислотах могут быть объяснены дрейфом генов и мутациями. Он заключает, что на уровне ДНК и белков механизмы дрейфа генов играют фундаментальную роль..

Нейтральный термин относится к тому факту, что большинство замен оснований, которые удается зафиксировать (достигают частоты 1), являются нейтральными по отношению к фитнес. Поэтому эти вариации, возникающие при дрейфе, не имеют какого-либо адаптивного значения.

Почему существуют нейтральные мутации?

Есть мутации, которые не влияют на фенотип человека. В ДНК вся информация зашифрована для создания и развития нового организма. Этот код расшифровывается рибосомами в процессе перевода.

Генетический код читается в «тройках» (набор из трех букв), а каждые три буквы кодируют аминокислоту. Однако генетический код является вырожденным, что указывает на наличие более одного кодона, кодирующего одну и ту же аминокислоту. Например, кодоны CCU, CCC, CCA и CCG все кодируют аминокислотный пролин.

Следовательно, если в последовательности CCU он изменяется на CCG, продуктом трансляции будет пролин, и в последовательности белка не будет изменений.

Таким же образом, мутация может измениться на аминокислоту, химические свойства которой не сильно различаются. Например, если аланин меняется на валин вы можете влияние на функциональность белка незаметно.

Обратите внимание, что это не действительно во всех случаях, если изменение происходит в части белка, которая важна для его функциональности – в качестве активного сайта ферментов – влияние на фитнес Это может быть очень значительным.

Гипотетический пример: улитки и коровы

Представьте себе луг, где сосуществуют улитки и коровы. В популяции улиток можно выделить две окраски: черная и желтая. Решающим фактором смертности улиток являются следы коров.

Однако обратите внимание, что если на улитку наступают, это не зависит от цвета ее раковины, так как это случайное событие. В этом гипотетическом примере популяция улиток начинается с равной пропорции цветов (50 черных улиток и 50 желтых улиток). В случае коров исключают 6 черных и только 2 желтых, соотношение обменных цветов.

Точно так же в следующем случае желтые могут погибнуть в большей пропорции, так как нет никакой связи между цветом и вероятностью раздавливания (однако, нет типа “компенсирующего” эффекта)..

Как изменится доля улиток с течением времени?

Во время этого случайного процесса пропорции черных и желтых оболочек будут колебаться с течением времени. В конце концов, одна из оболочек достигнет любого из двух пределов: 0 u 1.

Когда достигнутая частота равна 1 – предположим, что для аллели желтой раковины – все улитки будут такого цвета. И, как мы можем догадаться, аллель для черной раковины будет потерян.

Единственный способ получить этот аллель снова – это популяция через миграцию или мутацию..

Гены дрейфуют в действии: Гепарды

Явление дрейфа генов можно наблюдать в природных популяциях, и наиболее ярким примером являются гепарды. Эти быстрые и стильные кошачьи принадлежат к виду Acinonyx jubatus.

Около 10 000 лет назад гепарды и другие популяции крупных млекопитающих пережили крайнее исчезновение. Это событие вызвало «узкое место» в городе гепардов, где выжило лишь несколько человек.

Оставшиеся в живых после катастрофического явления плейстоцена породили всех гепардов современности. Эффекты дрейфа в сочетании с инбридингом почти полностью гомогенизируют население.

На самом деле, иммунная система этих животных практически одинакова у всех людей. Если по какой-либо причине кому-либо из членов понадобилось пожертвование какого-либо органа, любой из их партнеров мог бы сделать это, не приводя к шансу отказа.

Пожертвования – это процедуры, которые выполняются тщательно, и необходимо подавить иммунную систему получателя, чтобы она не атаковала «внешнего агента», даже если он исходит от очень близкого родственника – будь то братья или сыновья.

Пример в человеческих популяциях: амиши

Узкие места и основополагающий эффект также встречаются в современной человеческой популяции и имеют очень важные последствия в области медицины.

Амиши являются религиозной группой. Они характеризуются простым образом жизни, свободным от технологий и других современных удобств – в дополнение к чрезвычайно высокой частоте заболеваний и генетических патологий..

Около 200 колонизаторов прибыли в Пенсильванию (США) из Европы и начали размножаться среди тех же членов..

Предполагается, что среди колонизаторов были носители аутосомно-рецессивных генетических заболеваний, в том числе синдром Эллиса-ван Кревельда. Этот синдром характеризуется особенностями карликовости и полидактилии (большое количество пальцев, больше пяти цифр).

Заболевание было обнаружено в исходной популяции с частотой 0,001 и значительно возросло до 0,07..

ссылки

  1. Одесирк Т., Одесирк Г. и Байерс Б.Э. (2004). Биология: наука и природа. Пирсон Образование.
  2. Кертис Х. & Шнек А. (2006). Приглашение к биологии. Ed. Panamericana Medical.
  3. Фриман, С. & Херрон, Дж. С. (2002). Эволюционный анализ. Прентис Холл.
  4. Футуйма, Д.Дж. (2005). эволюция . Sinauer.
  5. Hickman, C.P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Интегрированные принципы зоологии (Том 15). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.
  6. Майр, Э. (1997). Эволюция и разнообразие жизни: избранные очерки. Издательство Гарвардского университета.
  7. Райс С. (2007).Энциклопедия Эволюции. Факты в файле.
  8. Рассел П., Герц П. и Макмиллан Б. (2013). Биология: Динамическая Наука. Нельсон Образование.
  9. Солер М. (2002). Эволюция: основа биологии. Южный Проект.

Источник: https://ru.thpanorama.com/articles/biologa/deriva-gentica-causas-efectos-ejemplos.html

Факторы эволюции

Примеры дрейфа генов простые примеры

Следует выделить четыре основных фактора эволюции: мутационный процесс, изоляция, популяционные волны (и дрейф генов), а также единственный направленный фактор эволюции – естественный отбор.

Мутационный процесс

Мутации (лат. mutatio — изменение) – стойкое изменение генома (наследственного материала), которое может быть унаследовано потомками организма. Процесс возникновения мутаций – мутагенез.

Мутации подразделяются на:

  • Генные
  • Хромосомные
  • Геномные

Большинство мутаций возникает спонтанно и вредит организму. Часть мутаций являются рецессивными, поэтому не проявляются и передаются многим поколениям, накапливаясь в генофонде популяции.

Мутации напоминают колоду карт: неизвестно, что выпадет – чаще всего это карты невысокого ранга, козыри – большая удача. Так и мутации, большинство из них вредные, приводят к развитию опухолей. Полезные встречаются гораздо реже. Как игра в карты, все подчиняется случайности.

Популяционные волны

Все виды подвергаются воздействию периодически возникающих популяционных волн – уменьшению или увеличению численности особей.

Популяционные волны могут возникать по ряду причин:

  • Сезонные изменения, периодические изменения какого-либо значимого фактора среды
  • Непериодические изменения, например, в результате природных катастроф, изменение численности популяций хищник-жертва
  • Заселение новых территорий, ярким примером которого является бурный рост численности кроликов, завезенных в Австралию

Колебание численности популяций по типу “хищник – жертва” является классическим примером популяционных волн. Представим себе популяцию зайцев (жертв), которая бурно увеличилась в численности. Зайцами питаются лисица, волк (хищники).

С увеличением их кормовой базы (зайцев) наблюдается и рост численности хищников, которые поедают зайцев, вследствие чего численность зайцев снижается. С уменьшением кормовой базы, снижается и число хищников.

Так в природе устанавливается баланс между хищниками и жертвами.

Особенно весомым фактором эволюции популяционные волны выступают в небольших популяциях. Их участие в эволюционном процессе основано на явлении дрейфа генов.

Форма гена – аллель, с которым вы подробнее познакомитесь в ходе изучения генетики, встречается в популяции с определенной частотой. Дрейф генов – изменение частоты встречаемости аллельных вариантов генов.

Дрейф генов обусловлен случайными причинами: у особей образуются гаметы, несущие различные формы аллельных генов. Не все из гамет принимают участие в процессе оплодотворения: здесь вновь руководит случайность. Вследствие этого одни аллельные формы генов могут встречаться в популяции часто, другие – редко.

Если представить, что часть особей, составляющих одну популяцию, погибли по тем или иным причинам, то редкие гены в оставшихся особях могут увеличить свою частоту, то есть в результате размножения оставшихся особей редкие гены начнут встречаться более часто – это и есть дрейф генов.

В закрытых популяциях не только животных, но и людей – в религиозных общинах, происходит возрастание гомозиготности популяции, что приводит к снижению ее жизнеспособности и проявлению редких аллелей.

Такое повышение встречаемости аллелей возникает в результате близкородственных браков: проявляются редкие гены, которые часто приводят к заболеваниям.

Изоляция

Изоляцией называют невозможность или затруднение свободного скрещивания между особями одного вида. Вследствие этого, генофонды двух популяций становятся независимыми друг от друга. Внутри каждой популяции происходит генотипическая дифференцировка из-за их разобщенности.

Популяции приобретают все больше различий, и в результате действия естественного отбора из этих популяций могут образоваться различные новые виды. Выделяется два вида изоляции:

  • Географическая (пространственная)
  • Географическая (греч. geo – земля) изоляция может возникать вследствие географических барьеров – пустыни, горы, водоемы.

  • Биологическая (экологическая, временная)
    • Экологическая – особи обитают на одной территории, но в различных местах обитания (к примеру, разделены друг от друга непроходимой чащей)
    • Временная – изоляция вследствие разновременности половой активности, периода цветения
    • Этологическая – изоляция вследствие различного брачного поведения
    • Механическая – отличия в строении половых органов, невозможность спаривания

Естественный отбор

Изученные нами факторы эволюции: мутации, популяционные волны и дрейф генов, изоляция – все они носят случайный, ненаправленный характер. Они приводят к появлению различных признаков у отдельных особей, которые могут быть как полезны, нейтральны, так и вредны для особи.

Таким образом, перечисленные факторы создают основу, “базу” для действия единственного направленного фактора эволюции – естественного отбора. В ходе естественного отбора особи с полезными признаками, которые помогают им приспособиться к условиям внешней среды и способствуют выживанию, остаются и размножаются, а особи без этих признаков выживают реже и не продолжают род.

Закон естественного отбора безапелляционно провозглашает: будь приспособлен – или умри. Выживает в природе не самый сильный, а самый приспособленный. Иногда выжить животным помогает и сила, но гораздо больше других примеров. Многие животные сливаются с окружающей средой: приобретают покровительственную окраску (мимикрию), которая делает их незаметными.

Иногда безобидные животные, в результате приспособления к внешней среде, приобретают окраску тела, напоминающую окраску опасных хищных животных. Примером может послужить внешнее сходство мухи из семейства журчалок с осой.

Многие хорошо защищенные, ядовитые виды в ходе естественного отбора получили яркую, так называемую предупреждающую окраску. Эта окраска предупреждает хищников об опасности. Если хищник съест такое ядовитое животное, то рискует получить тяжелую интоксикацию и погибнуть.

Теперь вы понимаете, что признаки животных – различные формы их тела и окраска – являются приспособлениями к условиям внешней среды, это – полезные признаки, которые в ходе естественного отбора позволили животным выжить и размножиться. Таким образом, естественный отбор это отбор особей, с наиболее приспособленным к среде фенотипом.

Необходимо осознавать относительность приспособленности к окружающей среде. Она помогает выживать лишь при определенных условиях, и, если условия меняются, то окраска может оказаться вовсе не полезной, но даже и вредной. К примеру, при таянии снега заяц-беляк становится еще более заметен на голой земле.

Действие естественного отбора обусловлено несколькими факторами:

  • Генетическое разнообразие особей, на основе которого возникают различные признаки
  • Способность к неограниченному размножению (избыточность потомства)
  • Борьба за существование

Если первые два фактора очевидны, то третий нуждается в более детальном рассмотрении.

Чарльз Дарвин выделял несколько форм борьбы за существование:

  • Внутривидовая борьба
  • Самая ожесточенная борьба. Происходит между особями, принадлежащими к одному виду.

    Благодаря внутривидовой борьбе происходит половой отбор: к размножению редко допускаются неприспособленные особи, род продолжают лучшие из лучших.

  • Межвидовая борьба
  • Возникает между особями, которые принадлежат к разным видам. Более приспособленный к условиям среды вид побеждает и размножается, менее приспособленный – проигрывает и вымирает. Примером могут послужить формы взаимодействий: хозяин-паразит, хищник-жертва, симбиоз.

  • Борьба с неблагоприятными условиями окружающей среды
  • В изменяющихся условиях внешней среды выживают наиболее приспособленные особи. Примером такой борьбы являются сезонные миграции птиц, зимняя спячка у животных.

Формы естественного отбора

Различают несколько форм отбора:

  • Стабилизирующий
  • Открыт И.И. Шмальгаузеном. Стабилизирующий отбор приводит к сужению нормы реакции, устраняя отклонения от нее. В результате преимущество получают особи, обладающие средней степенью признака, который характерен для вида или популяции. Этот отбор действует при стабильных (неизменных) условиях среды.

    Примером действия стабилизирующего отбора может послужить буря: во время бури чаще всего выживают птицы со средней длиной крыла, тогда как особи с слишком короткими, или слишком длинными крыльями погибают.

    Новый термин, который вы увидели – норма реакции – подразумевает способность генотипа, в зависимости от условий среды, формировать различные фенотипы.

    Чем шире норма реакции, тем более интенсивное влияние оказывает среда на признак. Признаки подразделяются на:

    • C узкой нормой реакции – цвет глаз, число пальцев у человека, окраска цветов растения
    • C широкой нормой реакции – рост и вес человека, размеры листьев растения
  • Движущий
  • Движущий естественный отбор приводит к смещению нормы реакции, в результате чего изменяется среднее значение признака. Этот вид отбора действует при изменяющихся условиях среды.

    Известным примером является индустриальный меланизм – возникновение меланистических форм животных (греч. melanos — чёрный), отличающихся темным окрасом. Это явление началось в Англии со второй половины XIX века вследствие бурного развития промышленности.

    Из-за копоти, оседающей на поверхности стволов деревьев, бабочки со светлой окраской – берёзовые пяденицы – стали заметны на стволах деревьев и легко поедались птицами. В результате остались только приспособленные – бабочки с темным окрасом, которые были незаметны на стволах деревьев, вследствие чего они выживали и размножались.

  • Дизруптивный (лат. disruptus – разорванный)
  • Направлен на сохранение в популяции крайних значений признаков, не благоприятствует среднему промежуточному значению признака. В результате в популяции сохраняется более чем одно значение признака.

    Типичным примером является появление в луговых сообществах раноцветущих и поздноцветущих растений. В результате летних покосов, особи со средним значением признака, у которых цветение приходит на середину лета, постепенно исчезают из популяции растений. Выживают и размножаются только те растения, у которых цветение происходит до или после покосов.

Источник: https://studarium.ru/article/114

Вылечим любую болезнь
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: