Derivarea genelor ca factor de evoluție
Derivarea genelor ca factor de evoluție
Putem considera derivarea genelor drept unul din factorii de evoluție a populațiilor. Din cauza derivei a frecvenței alelelor se poate schimba, ocazional, în rândul populațiilor locale, până când ajunge la un punct de echilibru - pierderea unei alele și fixarea cealaltă. La diferite populații, genele "plutesc" independent. Prin urmare, rezultatele driftului sunt diferite în diferite populații - în unele, un set de alele este fix, în altele - altul. Astfel, derivația genetică conduce pe de o parte la o reducere a diversității genetice în cadrul populației, iar pe de altă parte - la o creștere a diferențelor dintre populațiile, la divergență lor pe mai multe motive. Această divergență, la rândul ei, poate servi drept bază pentru speciație.
În timpul evoluției populațiilor, devierea genelor interacționează cu alți factori de evoluție, în primul rând cu selecția naturală. Raportul dintre contribuțiile acestor doi factori depinde atât de intensitatea selecției, cât și de numărul populațiilor. Cu o intensitate mare de selecție și un număr mare de populații, influența proceselor aleatorii asupra dinamicii frecvențelor genei la populații devine neglijabilă. Dimpotrivă, în populațiile mici, cu puțină diferență în fitness între genotipuri, devierea genelor devine crucială. În astfel de situații, o alelă mai puțin adaptivă poate fi fixată în populație, și poate fi mai puțin adaptabilă.
După cum știm deja, cea mai frecventă consecință a derivei genetice este sărăcirea diversității genetice în cadrul populațiilor din cauza fixarea unei alele și pierderea altora. Procesul mutațional, pe de altă parte, conduce la îmbogățirea diversității genetice în cadrul populațiilor. Allele, pierdut ca rezultat al driftului, se poate ivi din nou și din cauza mutației.
Deoarece derivarea genei este un proces nedirecționat, simultan cu reducerea diversității în cadrul populațiilor, crește diferențele dintre populațiile locale. Acest lucru este contracarat de migrație. Dacă într-o singură populație alela lui A. este fixă și în alta a. atunci migrarea indivizilor între aceste populații conduce la reapariția unei diversități alelice în ambele populații.
Efectul gâtului de sticlă.
Valurile de undă și driftul genei. Numărul populațiilor rar rămâne constant în timp. După creșterea numărului, urmează recesiunea. Chetverikov unul dintre primii a atras atenția asupra fluctuațiile periodice a numărului de populații naturale, valuri de populație. Ele joacă un rol foarte important în evoluția populațiilor. derivația genetică are un efect redus asupra frecvențele alelelor în multe populații. Cu toate acestea, ascuțite declin numărul de ori rolul său este mult crescut. În astfel de momente, ea poate deveni un factor decisiv în evoluție. Rata de recesiune a anumitor alele poate varia în mod dramatic și impredictibil. Pot să apară pierderea anumitor alele și o epuizare accentuată a diversității genetice a populațiilor. Apoi, atunci când mărimea populației începe să crească, populația va fi din generație în generație pentru a reproduce structura genetică care a fost stabilită la momentul care trece prin numărul de „strangulare“. Un exemplu este situația cu gheparzi - reprezentanții pisicii. Oamenii de știință au descoperit că structura genetică a tuturor populațiilor contemporane de gheparzi sunt foarte similare. Astfel variabilitate genetică în cadrul fiecăreia dintre populațiile este foarte scăzută. Aceste caracteristici ale structurii genetice a populațiilor de gheparzi poate fi explicată prin presupunând că relativ recent (câteva sute de ani în urmă), acest tip de trecut printr-un gât foarte îngust al numărului, și toate gheparzi moderne se coboară din mai multe (conform estimărilor de cercetători, 7 din SUA) persoane fizice.
strangulare a populației jucat, aparent, un rol foarte important în evoluția populațiilor umane. Strămoșii oamenilor moderni peste zeci de mii de ani, stabilit peste tot în lume. Pe această cale, multe populații au dispărut complet. Chiar și cei care au supraviețuit au fost de multe ori pe cale de dispariție. Numerele lor au scăzut la un nivel critic. In timpul trecerii prin „strangulare“ frecvențele alelelor populației au fost modificate în mod diferit în diferite populații. alelele specifice s-au pierdut complet în unele populații, și înregistrate în cealaltă. După restabilirea mărimii populației structurii lor modificate genetic reproduse din generație în generație. Aceste procese sunt, aparent, și a avut ca rezultat, distribuția mozaic anumitor alele din care suntem martori astăzi în populațiile umane locale. Mai jos prezintă distribuția alelei B a sistemului de grup sanguin AB0 la om. Diferențe semnificative între populațiile moderne din unele de altele pot reflecta efectele abaterii genetice, care a avut loc în timpurile preistorice, când trece prin numărul ancestrală a populației „strangulare“.
Frecvența alelei B în funcție de grupa sanguină AB0 în populațiile umane
efect Fondator jucat, aparent, un rol principal în formarea structurii genetice a speciilor de plante și animale care populează insulele vulcanice și coral. Toate aceste specii provin din grupuri foarte mici de fondatori care au fost destul de norocoși să ajungă la insule. Este clar că acești fondatori au reprezentat mostre foarte mici din populațiile parentale, iar frecvențele alelelor din aceste probe ar putea fi foarte diferite. Să ne reamintim exemplul nostru ipotetic cu vulpile, care, plutind pe gheață, au căzut pe insule nelocuite. În fiecare dintre populațiile fiice, frecvențele alelelor s-au deosebit brusc una de alta și de la populația părintească. Efectul fondatorului explică diversitatea uimitoare a faunei și florei oceanice și abundența speciilor endemice pe insule. Efectul fondator a jucat un rol important în evoluția populațiilor umane. Rețineți că alela B este complet absentă la indienii americani și la aborigenii australieni. Aceste continente erau locuite de grupuri mici de oameni. Din cauza pur cauze accidentale printre fondatorii acestor populații nu ar putea fi un singur purtător alela B. Desigur, această alelă este absentă în derivați populații.
Rândul genelor și ceasul molecular al evoluției. Rezultatul final al deviației genei este eliminarea completă a unei alele din populație și fixarea (fixarea) unei alte alele în ea. Cu cât se întâmplă mai des una sau o altă alelă într-o populație, cu atât mai mare este probabilitatea de fixare a acesteia datorită deviației genei. Calculele arată că probabilitatea de a fixa o alelă neutră este egală cu frecvența acesteia în populație.
populații mari de lungi „de așteptare“ pentru apariția unei noi alele mutație, dar cât timp este fixă, iar populația mică pentru o lungă perioadă de timp „de așteptare“ pentru apariția de mutație, dar după ce a apărut, acesta poate fi fixat rapid. Din această concluzie aparent paradoxală: probabilitatea de fixare de alele neutre depinde de frecvența apariției lor și mutația nu depinde de mărimea populației.
Rata de substituție a nucleotidelor de fixare în genele care controlează diferite proteine. Săgețile indică timpul de divergență al taxonomelor
Deoarece frecvențele de apariție a mutațiilor neutre sunt aproximativ identice la diferite specii, rata de fixare a acestor mutații ar trebui să fie aproximativ aceeași. Rezultă că numărul de mutații acumulate în aceeași gena ar trebui să fie proporțional cu timpul evoluției independente a acestor specii. Cu alte cuvinte, cu cât mai mult timp a trecut de la separarea a două specii de la o specie de specie comună, cu atât mai multe substituții mutante neutre se disting aceste specii. Acest principiu se bazează metoda „evoluție ceas molecular“ - determinarea timpului scurs de la momentul în care strămoșii diferitelor grupuri taxonomice a început să evolueze în mod independent.
Cercetătorii americani E. Tsukurkendl si L.Polling primul descoperit că numărul de diferențe în secvența de aminoacizi a hemoglobinei și a citocromului c din diferite specii de mamifere, mai mult decât înainte ei s-au despărțit evolutive. Ulterior, acest model a fost confirmat pe un material experimental imens care cuprinde zeci de gene diferite și sute de specii de animale, plante și microorganisme. Sa constatat că ceasul molecular se execută, după cum rezultă din teoria derivei genetice, la o viteză constantă. Calibrarea ceasului molecular se face pentru fiecare gena separat, deoarece gene diferite pot fi diferite în incidența mutațiilor neutre. Pentru a estima numărul de substituții acumulate într-o anumită genă în reprezentanții taxonomice divergenta timp care este instalat în siguranță pe disc fosil. După ceasul molecular calibrat, acestea pot fi folosite pentru a măsura timpul de divergență între diferitele taxoni, chiar și atunci când strămoșul lor comun nu este încă găsit în registrul fosil.
Trimiteți-le prietenilor: