Gene Drift - Fattore di evoluzione: ragione, valore, esempi

Insieme alla selezione naturale, c'è un altro fattore che può influenzare l'aumento del contenuto del gene mutante. In alcuni casi, può persino estromettere la normale metamorfosi dell'allele. Questo fenomeno è chiamato "deriva dei geni nella popolazione". Consideriamo più in dettaglio che cos'è questo processo e quali sono le sue conseguenze.

Informazioni generali

Deriva genetica, esempi dei quali verranno forniti nell'articolo qui sotto, sono certi cambiamenti che vengono registrati di generazione in generazione. Si ritiene che questo fenomeno abbia i suoi meccanismi. Alcuni ricercatori temono che nel pool genico di molte, se non tutte, nazioni, la quantità di geni anomali che stanno comparendo stia attualmente crescendo abbastanza rapidamente. Determinano la patologia ereditaria, costituiscono i prerequisiti per lo sviluppo di molte altre malattie. Si ritiene inoltre che la patomorfosi (cambiamento dei segni) di varie malattie, comprese quelle di natura mentale, sia proprio la deriva del gene. Il fenomeno in questione si verifica a un ritmo rapido. Di conseguenza, un numero disturbi mentali prende forme sconosciute, diventa irriconoscibile se confrontato con la loro descrizione nelle edizioni classiche. Allo stesso tempo, cambiamenti significativi sono annotati direttamente nella struttura della morbilità psichiatrica stessa. Ad esempio, la deriva genetica cancella alcune forme di schizofrenia che si sono incontrate prima. Invece, ci sono patologie che difficilmente possono essere determinate dai moderni classificatori.

La teoria di Wright

La deriva genetica casuale è stata studiata utilizzando modelli matematici. Usando questo principio, Wright ha derivato una teoria. Egli riteneva che l'importanza cruciale della deriva genica in condizioni costanti fosse osservata in piccoli gruppi. Diventano omozigoti e la variabilità diminuisce. Wright credeva anche che, a seguito di cambiamenti nei gruppi, si potessero formare caratteristiche ereditarie negative. Di conseguenza, l'intera popolazione potrebbe morire senza contribuire a sviluppo della specie. Allo stesso tempo, la selezione gioca un ruolo importante in molti gruppi. A questo proposito, la variazione genetica all'interno della popolazione sarà di nuovo insignificante. A poco a poco, il gruppo si adatterà bene alle condizioni ambientali. Tuttavia, i successivi cambiamenti evolutivi dipenderanno dal verificarsi di mutazioni favorevoli. Questi processi sono piuttosto lenti. A questo proposito, l'evoluzione di grandi popolazioni non è caratterizzata da un'alta velocità. In gruppi di valori intermedi, si nota una maggiore variabilità. Allo stesso tempo, la formazione di nuovi geni benefici avviene per caso, il che, a sua volta, accelera l'evoluzione.

Le conclusioni di Wright

Quando un singolo allele viene perso da una popolazione, potrebbe apparire a causa di una determinata mutazione. Ma se una specie è divisa in più gruppi, in uno dei quali manca un elemento, nell'altro, in un altro, allora il gene può migrare da dove è, fino a dove non lo è. Quindi, la variabilità rimarrà. Detto questo, Wright ha concluso che lo sviluppo si verificherà più rapidamente in quelle specie che sono divise in numerose diverse popolazioni. Allo stesso tempo, alcune migrazioni sono possibili tra di loro. Wright era d'accordo selezione naturale svolge un ruolo molto significativo. Tuttavia, insieme a questo risultato dell'evoluzione c'è la deriva dei geni. Identifica i cambiamenti duraturi all'interno della vista. Inoltre, Wright riteneva che le molte caratteristiche distintive emerse dalla deriva fossero indifferenti e in alcuni casi addirittura dannose per la vitalità degli organismi.

Dispute di ricercatori

C'erano parecchie opinioni sulla teoria di Wright. Ad esempio, Dobzhansky riteneva che fosse privo di senso sollevare la questione di quale dei fattori fosse più significativo: selezione naturale o deriva genetica. Ha spiegato questo con la loro interazione. In sostanza, sono probabili le seguenti situazioni:

1. Se nello sviluppo di una o di un'altra specie, la selezione assume la posizione di guida, verrà contrassegnato un cambiamento direzionale nelle frequenze geniche o uno stato stabile. Quest'ultimo sarà determinato dalle condizioni ambientali.
2. Se durante un periodo prolungato la deriva del gene è più significativa, i cambiamenti diretti non saranno causati dall'ambiente naturale. Allo stesso tempo, i segni sfavorevoli, anche in piccole quantità, possono diffondersi abbastanza nel gruppo.

Dovrebbe, tuttavia, essere notato che il processo di cambiamento stesso, così come la causa della deriva dei geni, non è sufficientemente studiato oggi. A questo proposito, non c'è un parere singolo e concreto su questo fenomeno nella scienza.

La deriva genetica è un fattore di evoluzione

A causa di cambiamenti, si nota il cambiamento di frequenza degli alleli. Ciò avverrà fino a quando raggiungono uno stato di equilibrio. Cioè, la deriva dei geni è l'isolamento di un elemento e la fissazione di un altro. In diversi gruppi, tali cambiamenti avvengono indipendentemente. A questo proposito, i risultati della deriva genetica in diverse popolazioni sono differenti. Alla fine, alcuni elementi sono fissati in alcuni, l'altro in altri. La deriva genetica, da un lato, porta quindi ad una diminuzione della diversità. Tuttavia, allo stesso tempo, causa anche differenze tra gruppi, divergenze per alcuni motivi. Questo, a sua volta, può fungere da base per la speciazione.

Rapporto di influenza

Nel processo di sviluppo, la deriva genetica interagisce con altri fattori. Prima di tutto, la relazione è stabilita con la selezione naturale. Il rapporto tra i contributi di questi fattori dipende da un numero di circostanze. Prima di tutto è determinato dall'intensità della selezione. La seconda circostanza è la dimensione del gruppo. Quindi, se l'intensità e la forza sono elevate, i processi casuali hanno un effetto trascurabile sulla dinamica delle frequenze genetiche. Allo stesso tempo, in piccoli gruppi con differenze insignificanti nel fitness, l'effetto dei cambiamenti è incomparabilmente maggiore. In questi casi, è possibile correggere un allele meno adattivo, mentre quello più adattivo andrà perso.

Effetti del cambiamento

Uno dei principali risultati della deriva genetica è l'impoverimento della diversità all'interno del gruppo. Ciò è dovuto alla perdita di alcuni alleli e alla fissazione degli altri. Il processo di mutazione, a sua volta, al contrario, contribuisce all'arricchimento della diversità genetica all'interno delle popolazioni. A causa della mutazione, l'allele perso può verificarsi ancora e ancora. A causa del fatto che la deriva genetica è un processo direzionale, contemporaneamente a una diminuzione della diversità di intrapopolazione, la differenza tra i gruppi locali aumenta. Contrastare questo fenomeno è la migrazione. Quindi, se in una popolazione l'allele "A" è fisso, e nell'altro - "a", allora all'interno di questi gruppi appare nuovamente la diversità.

Risultato finale

Il risultato della deriva genetica sarà la completa eliminazione di un allele e il consolidamento dell'altro. Più spesso un elemento si verifica in un gruppo, maggiore è la probabilità della sua fissazione. Come mostrano alcuni calcoli, la possibilità di legare è uguale alla frequenza dell'allele nella popolazione.

mutazioni

Si verificano in media con una frequenza di 10-5 per gene per gamete per generazione. Tutti gli alleli che si trovano nei gruppi una volta sono sorti a causa di mutazioni. Più piccola è la popolazione, minore è la probabilità che ogni generazione abbia almeno un individuo - il portatore della nuova mutazione. Con un numero di centomila, ciascun gruppo di discendenti con una probabilità prossima all'unità ha un allele mutante. Tuttavia, la sua frequenza nella popolazione, così come la possibilità della sua fissazione sarà piuttosto bassa. La probabilità che la stessa mutazione appaia nella stessa generazione, almeno in un individuo su una popolazione di 10, è trascurabile. Tuttavia, se si verifica in questa popolazione, la frequenza dell'allele mutante (1 su 20 alleli), così come le probabilità della sua fissazione, saranno relativamente alte. Nelle grandi popolazioni, l'emergere di un nuovo elemento si verifica in tempi relativamente brevi. Allo stesso tempo, la sua fissazione è lenta. Piccole popolazioni, al contrario, si aspettano una lunga mutazione. Ma dopo il suo verificarsi, il fissaggio passa rapidamente. Da ciò possiamo trarre la seguente conclusione: la possibilità di fissare alleli neutri dipende solo dalla frequenza dell'evento mutazionale. Allo stesso tempo, le dimensioni della popolazione non influenzano questo processo.

Orologio molecolare

A causa del fatto che la frequenza di occorrenza di mutazioni neutre in specie diverse è approssimativamente la stessa, anche la velocità di fissaggio dovrebbe essere approssimativamente uguale. Da ciò ne consegue che il numero di cambiamenti accumulati in un gene dovrebbe essere correlato con il tempo di evoluzione indipendente di queste specie. In altre parole, più lungo sarà il periodo dal momento della separazione di due specie da un ancestrale, più si distinguono le sostituzioni mutazionali. Questo principio è alla base del metodo dell'orologio molecolare evolutivo. Questo definisce il tempo trascorso dal momento in cui le precedenti generazioni di vari gruppi sistematici hanno cominciato a svilupparsi indipendentemente, indipendentemente l'una dall'altra.

Studio Polling e Cukurkend

Questi due scienziati americani hanno scoperto che il numero di differenze nella sequenza di amminoacidi nel citocromo e nell'emoglobina in alcune specie di mammiferi è il più alto, prima erano divergenti le loro vie evolutive. Successivamente, questo modello è stato confermato da una grande quantità di dati sperimentali. Il materiale comprendeva dozzine di geni diversi e diverse centinaia di specie di animali, microrganismi e piante. Si è scoperto che il corso delle ore molecolari si svolge a una velocità costante. Questa scoperta, infatti, è confermata dalla teoria in questione. L'orologio è calibrato separatamente per ciascun gene. Ciò è dovuto al fatto che la frequenza di comparsa di mutazioni neutre in essi è diversa. A tal fine, viene effettuata una valutazione del numero di sostituzioni accumulate in un particolare gene in taxa. Il loro tempo di divergenza è stabilito in modo affidabile utilizzando dati paleontologici. Dopo che l'orologio molecolare è stato calibrato, possono essere utilizzati ulteriormente. In particolare, con il loro aiuto è facile misurare il tempo durante il quale si è verificata la divergenza (divergenza) tra i vari taxa. Questo è possibile anche se il loro antenato comune non è stato ancora identificato nella documentazione fossile.