Nguyên nhân trôi dạt di truyền, ảnh hưởng, ví dụ



các di truyền trôi hoặc gen là một cơ chế tiến hóa ngẫu nhiên, gây ra sự dao động hoặc biến đổi hoàn toàn tần số alen ngẫu nhiên của một quần thể.

Chọn lọc tự nhiên và trôi dạt gen của Charles Darwin là hai quá trình quan trọng nhất liên quan đến sự thay đổi tiến hóa trong quần thể. Không giống như chọn lọc tự nhiên, được coi là một quá trình xác định và không ngẫu nhiên, trôi dạt gen là một quá trình được chứng minh là sự dao động ngẫu nhiên của các tần số allel trong quần thể hoặc haplotypes.

Sự trôi dạt gen dẫn đến sự tiến hóa không thích nghi. Trên thực tế, chọn lọc tự nhiên - và không trôi gen - là cơ chế duy nhất được sử dụng để giải thích tất cả sự thích nghi của các sinh vật ở các cấp độ khác nhau (giải phẫu, sinh lý hoặc đạo đức)..

Điều này không có nghĩa là sự trôi dạt gen không quan trọng. Một trong những hậu quả nổi bật nhất của hiện tượng này được quan sát ở cấp độ phân tử, giữa sự khác biệt trong trình tự DNA và protein.

Chỉ số

  • 1 Lịch sử
  • 2 nguyên nhân
  • 3 hiệu ứng
    • 3.1 Làm thế nào để chúng ta tính toán xác suất một alen sẽ bị mất hoặc cố định?
    • 3.2 Số lượng hiệu quả của dân số
    • 3.3 Nút cổ chai và hiệu quả sáng lập
    • 3.4 Hiệu quả ở cấp độ DNA: lý thuyết trung tính về tiến hóa phân tử
    • 3.5 Tại sao có đột biến trung tính?
  • 4 ví dụ
    • 4.1 Ví dụ giả thuyết: ốc và bò
    • 4.2 Tỷ lệ ốc sẽ thay đổi theo thời gian như thế nào??
    • 4.3 Gene trôi dạt trong hành động: Cheetahs
    • 4.4 Ví dụ trong quần thể người: người Amish
  • 5 tài liệu tham khảo

Lịch sử

Lý thuyết về sự trôi dạt gen được phát triển vào đầu năm 1930, bởi một nhà sinh vật học và nhà di truyền học quan trọng tên là Sewal Wright..

Tương tự như vậy, những đóng góp của Motoo Kimura là đặc biệt trong lĩnh vực này. Nhà nghiên cứu này đã dẫn dắt lý thuyết trung tính về tiến hóa phân tử, nơi ông giải thích rằng tác động của sự trôi dạt gen có một đóng góp quan trọng trong quá trình tiến hóa ở cấp độ trình tự DNA.

Các tác giả này đã nghĩ ra các mô hình toán học để hiểu làm thế nào sự trôi dạt gen trong quần thể sinh học.

Nguyên nhân

Nguyên nhân của sự trôi dạt gen là ngẫu nhiên - đó là hiện tượng ngẫu nhiên. Trong ánh sáng của di truyền dân số, tiến hóa được định nghĩa là một biến thể theo thời gian trong tần số allel của quần thể. Sự trôi dạt chuyển thành sự thay đổi của các tần số này bởi các sự kiện ngẫu nhiên được gọi là "lỗi lấy mẫu".

Sự trôi dạt gen được coi là một lỗi lấy mẫu. Các gen được bao gồm trong mỗi thế hệ là một mẫu của các gen mang thế hệ trước.

Bất kỳ mẫu nào cũng có thể bị lỗi lấy mẫu. Đó là, tỷ lệ của các mặt hàng khác nhau mà chúng tôi tìm thấy trong một mẫu có thể thay đổi theo cơ hội thuần túy.

Hãy tưởng tượng rằng chúng ta có một túi với 50 chip trắng và 50 chip đen. Nếu chúng ta lấy mười trong số này, có thể là do cơ hội thuần túy chúng ta có được 4 màu trắng và 6 màu đen; hoặc 7 màu trắng và 3 màu đen. Có sự khác biệt giữa các giá trị lý thuyết dự kiến ​​(5 và 5 của mỗi màu) và các giá trị thu được bằng thực nghiệm.

Hiệu ứng

Những ảnh hưởng của sự trôi dạt gen được chứng minh là những thay đổi ngẫu nhiên trong tần số allel của một quần thể. Như chúng tôi đã đề cập, điều này diễn ra khi không có mối quan hệ giữa đặc tính đang thay đổi và thể dục. Với thời gian trôi qua, các alen cuối cùng sẽ sửa chữa hoặc bị lạc khỏi quần thể.

Trong sinh học tiến hóa, thuật ngữ thể dục Nó được sử dụng rộng rãi, và đề cập đến khả năng của một sinh vật để sinh sản và tồn tại. Tham số thay đổi trong khoảng từ 0 đến 1.

Do đó, đặc tính thay đổi theo độ trôi không liên quan đến sự sinh sản và sinh tồn của cá thể.

Việc mất các alen dẫn đến ảnh hưởng thứ hai của sự trôi dạt gen: mất tính dị hợp tử trong quần thể. Sự thay đổi trong một địa điểm nhất định sẽ giảm và cuối cùng nó sẽ bị mất.

Làm thế nào để chúng ta tính toán xác suất một alen sẽ bị mất hoặc cố định??

Xác suất của một alen được cố định trong quần thể bằng tần số của nó tại thời điểm nó được nghiên cứu. Tần số cố định của các alen thay thế sẽ là 1 - p. Ở đâu p bằng tần số allelic.

Tần số này không bị ảnh hưởng bởi lịch sử thay đổi tần số alen trước đó, vì vậy dự đoán không thể được thực hiện dựa trên quá khứ.

Nếu ngược lại, alen phát sinh do đột biến, xác suất cố định của nó là p = 1/2N. Ở đâu N là số lượng dân số. Đây là lý do tại sao các alen mới xuất hiện do đột biến dễ dàng sửa chữa hơn trong các quần thể nhỏ.

Người đọc phải suy luận làm thế nào nó sẽ ảnh hưởng đến giá trị của p khi mẫu số nhỏ hơn. Theo logic, xác suất sẽ tăng.

Do đó, ảnh hưởng của sự trôi dạt gen tiến hành nhanh hơn trong các quần thể nhỏ. Trong một quần thể lưỡng bội (hai bộ nhiễm sắc thể, giống như con người chúng ta), sự cố định của các alen mới xảy ra, trung bình cứ sau 4N các thế hệ. Thời gian tăng tỷ lệ thuận bằng cách tăng N của dân số.

Số lượng hiệu quả của dân số

các N xuất hiện trong các phương trình trước đó, không đề cập đến một giá trị giống hệt với số lượng cá thể trong dân số. Đó là, nó không tương đương với điều tra dân số của các sinh vật.

Trong di truyền dân số, tham số "số hiệu quả của dân số" được sử dụng (Không), thường ít hơn tất cả các cá nhân.

Ví dụ, ở một số quần thể có cấu trúc xã hội chỉ có một vài nam giới chiếm số lượng dân số hiệu quả rất thấp, vì gen của những con đực thống trị này đóng góp không tương xứng - nếu chúng ta so sánh chúng với những con đực còn lại.

Vì lý do này, tốc độ trôi dạt gen (và tốc độ mất tính dị hợp tử) sẽ lớn hơn mong đợi nếu chúng ta tiến hành điều tra dân số, vì dân số nhỏ hơn so với chúng..

Nếu trong một quần thể giả định, chúng ta đếm được 20.000 cá thể, nhưng chỉ có 2.000 con được sao chép thì số lượng có hiệu quả của quần thể sẽ giảm. Và hiện tượng này trong đó không phải tất cả các sinh vật xảy ra trong quần thể, được phân bố rộng rãi trong quần thể tự nhiên.

Nút cổ chai và hiệu ứng sáng lập

Như chúng tôi đã đề cập (và chúng tôi chứng minh về mặt toán học), trôi dạt xảy ra trong các quần thể nhỏ. Trường hợp các alen không thường xuyên có nguy cơ bị mất nhiều hơn.

Hiện tượng này là phổ biến sau khi dân số trải qua một sự kiện gọi là "nút cổ chai". Điều này diễn ra khi một số lượng đáng kể các thành viên của dân số bị loại bỏ bởi một số loại sự kiện không lường trước hoặc thảm họa (ví dụ, một cơn bão hoặc tuyết lở).

Tác động ngay lập tức có thể là giảm sự đa dạng di truyền của quần thể, làm giảm kích thước của nhóm gen hoặc nhóm gen.

Một trường hợp cụ thể của tắc nghẽn là hiệu ứng sáng lập, trong đó một số lượng nhỏ các cá thể tách khỏi quần thể ban đầu và phát triển trong sự cô lập. Trong các ví dụ mà chúng tôi sẽ trình bày sau, chúng tôi sẽ xem hậu quả của hiện tượng này là gì.

Ảnh hưởng ở cấp độ DNA: lý thuyết trung tính về tiến hóa phân tử

Lý thuyết trung tính về tiến hóa phân tử được đề xuất bởi Motoo Kimura. Trước những ý tưởng của nhà nghiên cứu này, Lewstop & Hubby đã phát hiện ra rằng tỷ lệ biến thể cao ở cấp độ enzyme không thể chủ động duy trì tất cả các đa hình (biến thể) này.

Kimura kết luận rằng những thay đổi trong axit amin có thể được giải thích bằng sự trôi dạt và đột biến gen. Ông kết luận rằng ở cấp độ DNA và protein, các cơ chế trôi dạt gen đóng vai trò cơ bản.

Thuật ngữ trung lập đề cập đến thực tế là phần lớn các thay thế của các cơ sở có thể sửa chữa (đạt tần số 1) là trung lập đối với thể dục. Do đó, những biến thể xảy ra do trôi dạt, không có bất kỳ ý nghĩa thích nghi nào.

Tại sao có đột biến trung tính?

Có những đột biến không có ảnh hưởng đến kiểu hình của cá thể. Trong DNA, tất cả thông tin được mã hóa để xây dựng và phát triển một sinh vật mới. Mã này được giải mã bởi các ribosome trong quá trình dịch thuật.

Mã di truyền được đọc trong "bộ ba" (bộ ba chữ cái) và cứ ba chữ cái mã cho một axit amin. Tuy nhiên, mã di truyền bị thoái hóa, điều này chỉ ra rằng có nhiều hơn một codon mã hóa cho cùng một axit amin. Ví dụ, codon CCU, CCC, CCA và CCG đều mã cho proline axit amin.

Do đó, nếu trong chuỗi CCU, nó thay đổi thành CCG, sản phẩm của bản dịch sẽ là proline và sẽ không có thay đổi nào trong chuỗi protein.

Theo cùng một cách, đột biến có thể thay đổi thành một axit amin có tính chất hóa học không thay đổi nhiều. Ví dụ, nếu một alanine thay đổi thành valine có lẽ ảnh hưởng đến chức năng của protein là không thể chấp nhận được.

Lưu ý rằng điều này không hợp lệ trong mọi trường hợp, nếu sự thay đổi xảy ra trong một phần protein cần thiết cho chức năng của nó - là vị trí hoạt động của các enzyme - ảnh hưởng đến thể dục Nó có thể rất quan trọng.

Ví dụ

Ví dụ giả thuyết: ốc và bò

Hãy tưởng tượng một đồng cỏ nơi ốc và bò cùng tồn tại. Trong quần thể ốc sên chúng ta có thể phân biệt hai màu: vỏ đen và vỏ vàng. Một yếu tố quyết định đến tỷ lệ tử vong của ốc sên là dấu chân của bò.

Tuy nhiên, lưu ý rằng nếu một con ốc được giẫm lên, nó không phụ thuộc vào màu sắc của vỏ, vì nó là một sự kiện ngẫu nhiên. Trong ví dụ giả thuyết này, quần thể ốc bắt đầu với tỷ lệ màu bằng nhau (50 con ốc đen và 50 con ốc vàng). Trong trường hợp bò loại bỏ 6 màu đen và chỉ có 2 màu vàng, tỷ lệ màu trao đổi.

Tương tự, trong một sự kiện sau, màu vàng có thể chết theo tỷ lệ lớn hơn, vì không có mối quan hệ nào giữa màu sắc và xác suất bị nghiền nát (tuy nhiên, không có loại hiệu ứng "bù")..

Tỷ lệ ốc sẽ thay đổi theo thời gian như thế nào?

Trong quá trình ngẫu nhiên này, tỷ lệ vỏ màu đen và màu vàng sẽ dao động theo thời gian. Cuối cùng, một trong các vỏ sẽ đạt được một trong hai giới hạn: 0 u 1.

Khi tần số đạt được là 1 - giả sử rằng đối với alen vỏ màu vàng - tất cả các con ốc sẽ có màu này. Và, như chúng ta có thể đoán, alen cho vỏ đen sẽ bị mất.

Cách duy nhất để có được alen đó một lần nữa là dân số là nhập thông qua di cư hoặc đột biến.

Gene trôi dạt trong hành động: Cheetahs

Hiện tượng trôi dạt gen có thể được quan sát thấy trong các quần thể tự nhiên, và ví dụ cực đoan nhất là Cheetahs. Những chú mèo nhanh nhẹn và phong cách này thuộc về loài Acinonyx jubatus.

Khoảng 10.000 năm trước, Cheetahs - và các quần thể động vật có vú lớn khác - đã trải qua một sự kiện tuyệt chủng cùng cực. Sự kiện này đã gây ra một "nút cổ chai" tại thị trấn Cheetahs, nơi chỉ có một vài cá nhân sống sót.

Những người sống sót sau hiện tượng thảm khốc của Pleistocene đã sinh ra tất cả các Cheetah ngày nay. Các tác động của trôi dạt, kết hợp với cận huyết, đã đồng nhất hóa dân số gần như hoàn toàn.

Trên thực tế, hệ thống miễn dịch của những động vật này hầu như giống hệt nhau ở tất cả các cá nhân. Nếu vì bất kỳ lý do nào, bất kỳ thành viên nào cũng cần hiến tạng, bất kỳ đối tác nào của họ cũng có thể làm như vậy mà không dẫn đến bất kỳ cơ hội từ chối nào.

Đóng góp là các thủ tục được thực hiện cẩn thận và cần phải triệt tiêu hệ thống miễn dịch của người nhận để nó không tấn công "tác nhân bên ngoài", ngay cả khi nó đến từ một người họ hàng rất gần - có thể là anh em hoặc con trai.

Ví dụ trong quần thể người: người Amish

Tắc nghẽn và hiệu ứng sáng lập cũng xảy ra trong dân số hiện tại của con người, và có những hậu quả rất quan trọng trong lĩnh vực y tế.

Người Amish là một nhóm tôn giáo. Chúng được đặc trưng bởi một lối sống đơn giản, không có công nghệ và các tiện nghi hiện tại khác - ngoài việc mang một tần suất bệnh tật và bệnh lý di truyền cực kỳ cao.

Khoảng 200 thuộc địa đã đến Pennsylvania (Hoa Kỳ), từ Châu Âu và bắt đầu sinh sản giữa các thành viên tương tự.

Người ta suy đoán rằng trong số những người thực dân có người mang mầm bệnh di truyền lặn tự phát, trong số đó có hội chứng Ellis-van Creveld. Hội chứng này được đặc trưng bởi các đặc điểm của bệnh lùn và polydactyly (số lượng ngón tay cao, lớn hơn năm chữ số).

Bệnh được tìm thấy trong dân số ban đầu với tần suất 0,001 và tăng đáng kể đến 0,07..

Tài liệu tham khảo

  1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2004). Sinh học: khoa học và tự nhiên. Giáo dục Pearson.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Mời sinh học. Ed. Panamericana Y tế.
  3. Freeman, S., & Herron, J. C. (2002). Phân tích tiến hóa. Hội trường Prentice.
  4. Futuyma, D. J. (2005). Sự tiến hóa . Sinauer.
  5. Hickman, C. P., Roberts, L.S., Larson, A., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Nguyên tắc tích hợp của động vật học (Tập 15). New York: McGraw-Hill.
  6. Mayr, E. (1997). Sự tiến hóa và sự đa dạng của cuộc sống: Các bài tiểu luận được chọn. Nhà xuất bản Đại học Harvard.
  7. Gạo, S. (2007).Bách khoa toàn thư về sự tiến hóa. Sự kiện trên hồ sơ.
  8. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Sinh học: Khoa học năng động. Giáo dục.
  9. Soler, M. (2002). Sự tiến hóa: cơ sở của Sinh học. Dự án Nam.