สาเหตุดริฟท์ทางพันธุกรรมผลกระทบตัวอย่าง

ดริฟท์ทางพันธุกรรม หรือยีนเป็นกลไกการวิวัฒนาการสุ่มซึ่งทำให้เกิดความผันผวนหรือการเปลี่ยนแปลงความถี่อัลลีลสุ่มของประชากร.

การคัดเลือกโดยธรรมชาติและการดริฟท์ของยีนของชาร์ลส์ดาร์วินเป็นกระบวนการที่สำคัญที่สุดสองอย่างที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงเชิงวิวัฒนาการของประชากร ซึ่งแตกต่างจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติซึ่งถือว่าเป็นกระบวนการที่กำหนดและไม่สุ่ม, การดริฟท์ของยีนเป็นกระบวนการที่พิสูจน์ได้ว่าเป็นความผันผวนแบบสุ่มของความถี่อัลลีลในประชากรหรือ haplotypes.

การดริฟท์ของยีนนำไปสู่วิวัฒนาการที่ไม่ปรับตัว ในความเป็นจริงการคัดเลือกโดยธรรมชาติ - และไม่ใช่ยีนดริฟท์ - เป็นกลไกเดียวที่ใช้อธิบายการปรับตัวของสิ่งมีชีวิตในระดับต่างๆ (กายวิภาค, สรีรวิทยาหรือ Ethological).

นี่ไม่ได้หมายความว่าการดริฟท์ของยีนนั้นไม่สำคัญ หนึ่งในผลที่โดดเด่นที่สุดของปรากฏการณ์นี้คือการสังเกตที่ระดับโมเลกุลระหว่างความแตกต่างในลำดับดีเอ็นเอและโปรตีน.

ดัชนี

• 1 ประวัติ
• 2 สาเหตุ
• 3 ผลกระทบ
  • 3.1 เราจะคำนวณความน่าจะเป็นที่อัลลีลจะสูญหายหรือคงที่ได้อย่างไร?
  • 3.2 จำนวนประชากรที่มีประสิทธิภาพ
  • 3.3 คอขวดและผลการก่อตั้ง
  • 3.4 ผลในระดับ DNA: ทฤษฎีที่เป็นกลางเกี่ยวกับวิวัฒนาการระดับโมเลกุล
  • 3.5 ทำไมจึงมีการกลายพันธุ์ที่เป็นกลาง?
• 4 ตัวอย่าง
  • 4.1 ตัวอย่างสมมุติ: หอยทากและวัว
  • 4.2 สัดส่วนของหอยทากจะเปลี่ยนแปลงไปตามเวลาอย่างไร?
  • 4.3 การกระทำของยีนในแนวดิ่ง: เสือชีต้า
  • 4.4 ตัวอย่างประชากรมนุษย์: อามิช
• 5 อ้างอิง

ประวัติศาสตร์

ทฤษฎีการดริฟท์ของยีนได้รับการพัฒนาในช่วงต้นปี 1930 โดยนักชีววิทยาที่สำคัญและนักพันธุศาสตร์ชื่อซีวาล์ไรท์.

ในทำนองเดียวกันการมีส่วนร่วมของ Motoo Kimura นั้นยอดเยี่ยมในสาขานี้ นักวิจัยคนนี้นำทฤษฎีที่เป็นกลางเกี่ยวกับการวิวัฒนาการของโมเลกุลซึ่งเขาอธิบายว่าผลกระทบของการดริฟท์ของยีนมีส่วนสำคัญในการวิวัฒนาการในระดับของลำดับดีเอ็นเอ.

ผู้เขียนเหล่านี้ได้สร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อทำความเข้าใจว่าการดริฟท์ของยีนทำงานอย่างไรในประชากรชีวภาพ.

สาเหตุ

สาเหตุของการดริฟท์ของยีนนั้นเป็นแบบสุ่ม - นั่นคือปรากฏการณ์แบบสุ่ม ในแง่ของพันธุศาสตร์ประชากรวิวัฒนาการถูกนิยามว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาในความถี่อัลลีลิคของประชากร การล่องลอยแปลเป็นการเปลี่ยนแปลงความถี่เหล่านี้โดยการสุ่มเหตุการณ์ที่เรียกว่า "การสุ่มตัวอย่างผิดพลาด".

ยีนดริฟท์ถือเป็นข้อผิดพลาดในการสุ่มตัวอย่าง ยีนที่รวมอยู่ในแต่ละรุ่นเป็นตัวอย่างของยีนที่มีรุ่นก่อนหน้า.

ตัวอย่างใด ๆ อาจมีข้อผิดพลาดการสุ่มตัวอย่าง นั่นคือสัดส่วนของรายการต่าง ๆ ที่เราพบในตัวอย่างอาจมีการเปลี่ยนแปลงโดยโอกาสที่บริสุทธิ์.

ลองนึกภาพว่าเรามีถุงที่มีชิปขาว 50 เม็ดและชิปดำ 50 เม็ด ถ้าเราใช้สิบสิ่งเหล่านี้อาจเป็นไปได้ว่าเราจะได้ 4 สีขาวและสีดำ 6 สี หรือ 7 สีขาวและ 3 สีดำ มีความคลาดเคลื่อนระหว่างค่าที่คาดหวังในทางทฤษฎี (5 และ 5 ของแต่ละสี) และค่าที่ได้จากการทดลอง.

ผลกระทบ

ผลกระทบของการดริฟท์ของยีนนั้นเป็นหลักฐานว่ามีการเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มในความถี่อัลลีลิคของประชากร ดังที่เรากล่าวถึงสิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อไม่มีความสัมพันธ์ระหว่างคุณลักษณะที่เปลี่ยนแปลงและ การออกกำลังกาย. เมื่อเวลาผ่านไปอัลลีลจะสิ้นสุดการซ่อมหรือหลงทางจากประชากร.

ในชีววิทยาวิวัฒนาการคำว่า การออกกำลังกาย มันถูกใช้กันอย่างแพร่หลายและหมายถึงความสามารถของสิ่งมีชีวิตในการทำซ้ำและอยู่รอด พารามิเตอร์แตกต่างกันระหว่าง 0 และ 1.

ดังนั้นลักษณะที่แตกต่างกันไปตามดริฟท์ไม่เกี่ยวข้องกับการสืบพันธุ์และการอยู่รอดของแต่ละบุคคล.

การสูญเสียอัลลีลนำไปสู่ผลกระทบที่สองของการดริฟท์ของยีน: การสูญเสียของความแตกต่างในประชากร ความแปรปรวนในสถานที่หนึ่งจะลดลงและในที่สุดมันจะหายไป.

เราจะคำนวณความน่าจะเป็นที่อัลลีลจะสูญหายหรือคงที่ได้อย่างไร?

ความน่าจะเป็นของอัลลีลที่จับจ้องอยู่ในประชากรนั้นเท่ากับความถี่ในเวลาที่ทำการศึกษา ความถี่ของการตรึงอัลลีลทางเลือกจะเป็น 1 - พี. ที่ไหน พี เท่ากับความถี่อัลลีลิค.

ความถี่นี้ไม่ได้รับผลกระทบจากประวัติก่อนหน้าของการเปลี่ยนแปลงความถี่อัลลีลดังนั้นการคาดการณ์จึงไม่สามารถทำได้ในอดีต.

หากตรงกันข้ามอัลลีลก็เกิดขึ้นโดยการกลายพันธุ์ความน่าจะเป็นของการตรึงคือ พี = 1/2ยังไม่มีข้อความ. ที่ไหน ยังไม่มีข้อความ คือจำนวนประชากร นี่คือเหตุผลที่อัลลีลใหม่ที่ปรากฏโดยการกลายพันธุ์จะง่ายต่อการแก้ไขในประชากรขนาดเล็ก.

ผู้อ่านจะต้องให้เหตุผลว่ามันจะส่งผลกระทบต่อมูลค่าของ พี เมื่อตัวส่วนมีขนาดเล็ก เหตุผลความน่าจะเป็นจะเพิ่มขึ้น.

ดังนั้นผลของการดริฟท์ของยีนดำเนินต่อไปอย่างรวดเร็วยิ่งขึ้นในประชากรกลุ่มเล็ก ๆ ในประชากรซ้ำ (โครโมโซมสองชุดเหมือนมนุษย์เรา) การตรึงอัลลีลใหม่เกิดขึ้นโดยเฉลี่ยทุก 4ยังไม่มีข้อความ ชั่วอายุคน เวลาเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนโดยการเพิ่ม ยังไม่มีข้อความ ของประชากร.

จำนวนที่มีประสิทธิภาพของประชากร

ยังไม่มีข้อความ ซึ่งปรากฏในสมการก่อนหน้านี้ไม่ได้อ้างถึงค่าที่เหมือนกันกับจำนวนของบุคคลในประชากร นั่นคือมันไม่เทียบเท่ากับการสำรวจสำมะโนประชากรของสิ่งมีชีวิต.

ในพันธุศาสตร์ประชากรพารามิเตอร์ของ "จำนวนที่มีประสิทธิภาพของประชากร" ถูกนำมาใช้ (ทิศตะวันออกเฉียงเหนือ) ซึ่งมักจะน้อยกว่าบุคคลทุกคน.

ตัวอย่างเช่นในประชากรบางกลุ่มที่มีโครงสร้างทางสังคมที่ปกครองโดยเพศชายเพียงไม่กี่คนจำนวนที่มีประสิทธิภาพของประชากรต่ำมากเนื่องจากยีนของเพศชายที่โดดเด่นเหล่านี้มีส่วนทำให้สัดส่วน - ถ้าเราเปรียบเทียบพวกเขากับผู้ชายที่เหลือ.

ด้วยเหตุนี้ความเร็วที่ยีนล่องลอยทำหน้าที่ (และความเร็วที่หายไปของความแตกต่างระหว่างเพศ) จะสูงกว่าที่คาดไว้ถ้าเราทำการสำรวจสำมะโนประชากรเนื่องจากประชากรมีขนาดเล็กกว่าที่เป็น.

หากในประชากรสมมุติเรานับคน 20,000 คน แต่มีเพียง 2,000 คนเท่านั้นที่ทำซ้ำจำนวนประชากรที่มีประสิทธิผลจะลดลง และปรากฏการณ์นี้ที่สิ่งมีชีวิตบางชนิดไม่ได้เกิดขึ้นในประชากรมีการกระจายอย่างกว้างขวางในประชากรธรรมชาติ.

คอขวดและผลการก่อตั้ง

ดังที่เรากล่าวถึง (และเราสาธิตทางคณิตศาสตร์) การดริฟท์เกิดขึ้นในประชากรกลุ่มเล็ก ๆ ในกรณีที่อัลลีลที่ไม่ได้บ่อยครั้งมีโอกาสที่จะหลงทางมากขึ้น.

ปรากฏการณ์นี้เป็นเรื่องธรรมดาหลังจากที่ประชากรประสบเหตุการณ์ที่เรียกว่า "คอขวด" สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อสมาชิกจำนวนมากของประชากรถูกกำจัดโดยเหตุการณ์ไม่คาดฝันหรือภัยพิบัติบางประเภท (เช่นพายุหรือหิมะถล่ม).

ผลกระทบทันทีอาจเป็นการลดความหลากหลายทางพันธุกรรมของประชากรลดขนาดของสระว่ายน้ำทางพันธุกรรมหรือแหล่งพันธุกรรม.

กรณีพิเศษของปัญหาคอขวดคือผลกระทบจากการก่อตั้งซึ่งมีบุคคลจำนวนไม่มากที่แยกออกจากประชากรเริ่มต้นและพัฒนาอย่างโดดเดี่ยว ในตัวอย่างที่เราจะนำเสนอในภายหลังเราจะเห็นสิ่งที่เป็นผลมาจากปรากฏการณ์นี้.

ผลกระทบในระดับ DNA: ทฤษฎีที่เป็นกลางเกี่ยวกับวิวัฒนาการระดับโมเลกุล

Motoo Kimura เสนอทฤษฎีที่เป็นกลางเกี่ยวกับวิวัฒนาการระดับโมเลกุล ก่อนที่ความคิดของนักวิจัยคนนี้ Lewontin & Hubby ได้ค้นพบแล้วว่าสัดส่วนของการแปรผันของระดับเอนไซม์ในระดับที่สูงนั้นไม่สามารถรักษาความหลากหลายเหล่านี้ได้ (การเปลี่ยนแปลง).

Kimura สรุปว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ในกรดอะมิโนสามารถอธิบายได้โดยการดริฟท์ของยีนและการกลายพันธุ์ เขาสรุปว่าในระดับ DNA และโปรตีนกลไกของการดริฟท์ของยีนมีบทบาทพื้นฐาน.

คำที่เป็นกลางหมายถึงความจริงที่ว่าส่วนใหญ่ของการทดแทนฐานที่จัดการเพื่อแก้ไข (ถึงความถี่ 1) จะเป็นกลางด้วยความเคารพ การออกกำลังกาย. ดังนั้นรูปแบบเหล่านี้ที่เกิดขึ้นจากการดริฟท์จึงไม่มีความหมายในการปรับตัวใด ๆ.

ทำไมจึงมีการกลายพันธุ์ที่เป็นกลาง?

มีการกลายพันธุ์ที่ไม่มีผลต่อฟีโนไทป์ของแต่ละบุคคล ใน DNA ข้อมูลทั้งหมดจะถูกเข้ารหัสเพื่อสร้างและพัฒนาสิ่งมีชีวิตใหม่ รหัสนี้ถอดรหัสโดยไรโบโซมในกระบวนการแปล.

รหัสพันธุกรรมอ่านใน "แฝดสาม" (ชุดของตัวอักษรสามตัว) และรหัสตัวอักษรสามตัวทั้งหมดสำหรับกรดอะมิโน อย่างไรก็ตามรหัสพันธุกรรมเสื่อมโทรมซึ่งบ่งชี้ว่ามี codon มากกว่าหนึ่งตัวที่รหัสสำหรับกรดอะมิโนเดียวกัน ตัวอย่างเช่น codons CCU, CCC, CCA และ CCG รหัสทั้งหมดสำหรับ proline กรดอะมิโน.

ดังนั้นหากในลำดับ CCU จะเปลี่ยนเป็น CCG ผลิตภัณฑ์ของการแปลจะเป็น proline และจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงในลำดับของโปรตีน.

ในทำนองเดียวกันการกลายพันธุ์อาจเปลี่ยนเป็นกรดอะมิโนที่มีคุณสมบัติทางเคมีไม่แตกต่างกันมากนัก ตัวอย่างเช่นหากอะลานีนเปลี่ยนเป็นวาลลิน คุณอาจ ผลกระทบต่อการทำงานของโปรตีนที่มองไม่เห็น.

โปรดทราบว่าสิ่งนี้ไม่ถูกต้องในทุกกรณีหากมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในส่วนของโปรตีนที่จำเป็นต่อการทำงานของมัน - เนื่องจากเป็นที่ทำงานของเอนไซม์ - ผลกระทบต่อ การออกกำลังกาย มันมีความสำคัญมาก.

ตัวอย่าง

ตัวอย่างสมมุติ: หอยทากและวัว

ลองนึกภาพทุ่งหญ้าที่หอยและวัวอยู่ร่วมกัน ในประชากรของหอยทากเราสามารถแยกความแตกต่างของสองสี: เปลือกสีดำและเปลือกสีเหลือง ปัจจัยชี้ขาดในการตายของหอยทากคือรอยเท้าของวัว.

อย่างไรก็ตามโปรดทราบว่าหากหอยทากถูกเหยียบมันไม่ได้ขึ้นอยู่กับสีของเปลือกหอยเนื่องจากมันเป็นเหตุการณ์แบบสุ่ม ในตัวอย่างสมมุตินี้ประชากรของหอยทากเริ่มต้นด้วยสัดส่วนที่เท่ากันของสี (หอยทากสีดำ 50 ตัวและหอยทากสีเหลือง 50 ตัว) ในกรณีของวัวกำจัด 6 คนผิวดำและเพียง 2 สีเหลืองสัดส่วนของสีแลกเปลี่ยน.

ในทำนองเดียวกันในเหตุการณ์ต่อไปนี้สีเหลืองอาจตายในสัดส่วนที่มากขึ้นเนื่องจากไม่มีความสัมพันธ์ระหว่างสีและความน่าจะเป็นที่จะถูกทับอัด (อย่างไรก็ตามไม่มีประเภทของ "ชดเชย" ผล).

สัดส่วนของหอยทากจะเปลี่ยนแปลงไปตามเวลาอย่างไร?

ในระหว่างกระบวนการสุ่มนี้สัดส่วนของเปลือกสีดำและสีเหลืองจะผันผวนตลอดเวลา ในที่สุดเปลือกหอยอันใดอันหนึ่งจะไปถึงขีด จำกัด หนึ่งในสอง: 0 u 1.

เมื่อถึงความถี่คือ 1 - สมมติว่าสำหรับเปลือกสีเหลืองอัลลีล - หอยทั้งหมดจะเป็นสีนี้ และอย่างที่เราเดาได้อัลลีลสำหรับเปลือกสีดำจะหายไป.

วิธีเดียวที่จะมีอัลลีลนั้นอีกครั้งคือประชากรคือการผ่านการย้ายถิ่นหรือการกลายพันธุ์.

การถ่ายทอดยีนในการกระทำ: เสือชีต้า

สามารถสังเกตปรากฏการณ์ของยีนดริฟท์ในประชากรธรรมชาติและตัวอย่างที่รุนแรงที่สุดคือเสือชีตาห์ Felines ที่รวดเร็วและมีสไตล์เหล่านี้เป็นของสายพันธุ์ Acinonyx jubatus.

ประมาณ 10,000 ปีที่แล้วเสือชีต้า - และประชากรอื่น ๆ ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดใหญ่ - ประสบเหตุการณ์สูญพันธุ์อย่างรุนแรง เหตุการณ์นี้ทำให้เกิด "คอขวด" ในเมืองเสือชีตาห์ซึ่งมีเพียงไม่กี่คนที่รอดชีวิตมาได้.

ผู้รอดชีวิตจากปรากฏการณ์ความหายนะของ Pleistocene ก่อให้เกิดเสือชีตาห์ทุกคนในวันนี้ ผลกระทบของการดริฟท์ควบคู่ไปกับการผสมพันธุ์ทำให้ประชากรเป็นเนื้อเดียวกันอย่างสมบูรณ์.

ที่จริงแล้วระบบภูมิคุ้มกันของสัตว์เหล่านี้เหมือนกันในคนทุกคน ถ้าด้วยเหตุผลใดก็ตามสมาชิกคนใดคนหนึ่งต้องการการบริจาคอวัยวะอวัยวะใด ๆ ของพวกเขาสามารถทำได้โดยไม่นำไปสู่โอกาสที่จะถูกปฏิเสธ.

การบริจาคเป็นขั้นตอนที่ดำเนินการอย่างระมัดระวังและจำเป็นต้องระงับระบบภูมิคุ้มกันของผู้รับเพื่อที่จะไม่โจมตี "ตัวแทนภายนอก" แม้ว่าจะมาจากญาติสนิท - ไม่ว่าจะเป็นพี่น้องหรือบุตรชาย.

ตัวอย่างในประชากรมนุษย์: อามิช

คอขวดและผลการก่อตั้งก็เกิดขึ้นในประชากรมนุษย์ปัจจุบันและมีผลกระทบที่สำคัญมากในสาขาการแพทย์.

ชาวอามิชเป็นกลุ่มศาสนา พวกเขาโดดเด่นด้วยวิถีชีวิตที่เรียบง่ายปราศจากเทคโนโลยีและความสะดวกสบายอื่น ๆ ในปัจจุบัน - นอกจากจะมีความถี่สูงมากของโรคและโรคทางพันธุกรรม.

ชาวอาณานิคม 200 คนเดินทางมาถึงเพนซิลเวเนีย (สหรัฐอเมริกา) จากยุโรปและเริ่มทำซ้ำในหมู่สมาชิกคนเดียวกัน.

มันเป็นที่คาดการณ์ว่าในหมู่ colonizers มีผู้ให้บริการของโรคทางพันธุกรรมถอย autosomal ในหมู่พวกเขากลุ่มอาการเอลลิสแวน Creveld กลุ่มอาการของโรคนี้มีลักษณะของคนแคระและ polydactyly (จำนวนนิ้วสูงมากกว่าห้าหลัก).

โรคนี้พบในประชากรเริ่มต้นที่มีความถี่ 0.001 และเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญถึง 0.07.

การอ้างอิง

1. Audesirk, T. , Audesirk, G. , & Byers, B. E. (2004). ชีววิทยา: วิทยาศาสตร์และธรรมชาติ. การศึกษาของเพียร์สัน.
2. Curtis, H. , & Schnek, A. (2006). ขอเชิญทางชีววิทยา. Ed. Panamericana การแพทย์.
3. ฟรีแมน, S. , & เฮอรอน, J. C. (2002). การวิเคราะห์เชิงวิวัฒนาการ. ศิษย์โถง.
4. Futuyma, D. J. (2005). วิวัฒนาการ . Sinauer.
5. Hickman, C. P. , Roberts, L.S. , Larson, A. , Ober, W.C. , & Garrison, C. (2001). หลักการบูรณาการทางสัตววิทยา (บทที่ 15) นิวยอร์ก: McGraw-Hill.
6. Mayr, E. (1997). วิวัฒนาการและความหลากหลายของชีวิต: บทความที่คัดสรร. สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด.
7. ข้าว, S. (2007).สารานุกรมแห่งวิวัฒนาการ. ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับไฟล์.
8. รัสเซล, พี, เฮิรตซ์, พี, และแมคมิลลัน, บี (2013). ชีววิทยา: วิทยาศาสตร์ไดนามิก. การศึกษาเนลสัน.
9. Soler, M. (2002). วิวัฒนาการ: พื้นฐานของชีววิทยา. โครงการภาคใต้.