Genetinis dreifas — alelių kaita ir variacijos praradimas mažose populiacijose

Genetinis dreifas yra atsitiktinis poveikis biologinėms populiacijoms. Dėl jo iš gyvų organizmų populiacijos išnyksta genetinė variacija. Ši apibrėžtis pabrėžia, kad dreifas nėra kryptingas procesas — jis kyla dėl atsitiktinių įvykių, pavyzdžiui, kurie individai atsitiktinai dauginsis arba mirs, o tai pakeičia alelių proporcijas populiacijoje.

Natūraliose populiacijose veikia kelios jėgos. Yra jėgų, kurios papildo populiaciją paveldimu kintamumu, pavyzdžiui, mutacija ir rekombinacija. Taip pat yra veiksnių, kurie iš populiacijos pašalina variaciją, ir vienas iš jų yra dreifas. Be to, alelių dažnius keičia natūralioji atranka, migracija (genų srautas) ir inbrydingas ryšys — visi šie procesai kartu lemia genetinę struktūrą.

Kaip veikia genetinis dreifas

Rūšis arba tarpusavyje besikryžminanti populiacija paprastai pasižymi dideliu genetiniu kintamumu. Ši genetinė variacija pasireiškia skirtingais aleliais daugelyje chromosomų lokusų (genų pozicijų). Alelių dažnio pokyčius daugiausia lemia natūralioji atranka, t. y. skirtingas išgyvenamumas ir indėlis į kitą kartą.

Tačiau mažėjant populiacijų skaičiui, pastebima tendencija, kad kiekviena karta tampa homozigotinė, o alelių įvairovė mažėja. Tai panašus į inbrydingo efektas: jis lemia genetinį vienodumą. Genetinis dreifas - taip vadinamas šis variacijos praradimas. Jis gali daryti stebėtinai didelę įtaką evoliucijai, bet tik tada, kai populiacijos yra gana mažos. Ką reiškia "mažas", priklauso nuo organizmo. 50 individų yra maža, 5000 - ne, 500 - galbūt. Pagrindinis dreifo mechanizmas yra tas, kad dėl atsitiktinumo sumažėja genetinė įvairovė, todėl individai tampa panašesni vienas į kitą, taigi ir labiau pažeidžiami.

Pagrindiniai terminai ir mechanizmai

• Fixacija ir išnykimas: atsitiktiniai procesai gali lemti, kad vienas alelis visiškai užims visą populiaciją (fixacija) arba visiškai išnyks. Fixacija nėra būtinai geresnio adaptacinio vertės požymis — dažnai tai atsitinka dėl atsitiktinumo.
• Efektyvus populiacijos dydis (Ne): svarbesnis už nominacinį skaičių. Ne atspindi individų skaičių, kurie prisideda prie kitai kartai perduodamos genų medžiagos ir nuo kurio priklauso dreifo stiprumas — kuo mažesnis Ne, tuo stipresnis dreifas.
• Genetinio kintamumo mažėjimo greitis: neutraliems lokusams heterozigotiškumas mažėja maždaug pagal formulę Ht = H0 (1 - 1/2Ne)^t (supaprastintas modelis). Tai rodo, kad heterozigotiškumas krenta greičiau mažesnėse efektyviose populiacijose.
• Bottleneck ir įkūrėjo efektas: staigus populiacijos dydžio sumažėjimas (bottleneck) arba naujos populiacijos įkūrimas keliais individais (įkūrėjo efektas) gali staigiai sumažinti alelių įvairovę ir pakeisti alelių dažnius.

Modeliai ir empiriniai pavyzdžiai

Genetinis dreifas yra nagrinėjamas per įvairius matematinius modelius, pvz., Wright–Fisher ir Moran modelius, kurie aprašo alelių dažnių pokyčius per kartas. Empiriškai dreifas matomas mažų ir izoliuotų populiacijų genetiniuose tyrimuose: salų gyvūnų populiacijose, rūšių po populiacijos kamščio (bottleneck) metu, arba kai keli individai įkuria naują arealą.

Pavyzdžiai: cheetah (gevuras) ir kai kurios laukinės žvėrių populiacijos buvo aptiktos turinčios mažą genų įvairovę dėl praeities kamščių; šiuolaikiniai žmonių demografiniai pavyzdžiai (pvz., mažos izoliuotos bendruomenės) taip pat rodo dreifui būdingą alelių pasiskirstymo variaciją.

Skirtumas tarp dreifo ir inbrydingo

Nors dreifas ir inbrydingas gali turėti panašias pasekmes (didesnis homozigotiškumas), tai skirtingi procesai. Dreifas yra susijęs su alelių dažnių atsitiktiniais pokyčiais, o inbrydingas reiškia palikuonių susidarymą tarp giminystės ryšių turinčių individų, kas didina tikimybę, kad recesyviniai žalingi aleliai pasireikš.

Pasekmės evoliucijai ir apsaugai

Genetinis dreifas gali:

• sumažinti populiacijos prisitaikymo galimybes prie aplinkos pokyčių;
• padidinti genetinę panašumą ir riziką dėl paveldimų ligų ar mažesnio atsparumo ligoms;
• lemti atsitiktinį alelių įtvirtinimą, kuris gali būti neutralus arba net žalingas.

Gamtosaugos praktikoje dėl dreifo svarbu siekti didinti efektyvų populiacijos dydį ir genetinę mainų apimtį, pavyzdžiui, sujungiant atskiras populiacijas, skatinant genų srautą arba taikant selektyvias rezervatų valdymo priemones. Kartais tiriama ir genų bankų, dirbtinio dauginimo arba translokacijos galimybė.

Trumpa išvada

Genetinis dreifas yra pagrindinė evoliucinė jėga, ypač svarbi mažose arba izoliuotose populiacijose. Jis gali greitai sumažinti genų įvairovę ir turėti ilgalaikių pasekmių rūšių išlikimui bei prisitaikymui. Todėl supratimas apie dreifą ir jo valdymas yra svarbūs tiek evoliucijos teorijai, tiek praktinei gamtos apsaugai.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra genetinis dreifas?

K: Kokios jėgos padidina populiacijos paveldimą kintamumą?

K: Ar yra veiksnių, kurie pašalina populiacijos kintamumą?

K: Kaip genetinis dreifas sumažina genetinį kintamumą populiacijoje?

Klausimas: Ar mutacija yra pavyzdys to, kas populiacijoje padidina paveldimą kintamumą?

K: Kokia dar jėga, be mutacijos ir rekombinacijos, gali papildyti populiacijas paveldimais variantais?

Paieška pagal raidę