Дрейф генів - фактор еволюції: причина, значення, приклади

Дрейф генів - фактор еволюції: причина, значення, приклади

Поряд з природним відбором існує й інший фактор, здатний вплинути на підвищення вмісту мутантного гена. У ряді випадків він навіть може витіснити нормальний аллеломорф. Називається це явище "" дрейф генів в популяції "". Розгляньмо більш детально, що собою являє цей процес і які його наслідки.

Загальна інформація

Дрейф генів, приклади якого будуть наведені в статті далі, являє собою певні зміни, які фіксуються від покоління до покоління. Вважається, що у цього явища існують свої власні механізми. Деякі дослідники стурбовані тим, що в генофонді багатьох, якщо не всіх, націй зараз досить швидко збільшується обсяг аномальних генів. Вони визначають спадкову патологію, формують передумови для розвитку безлічі інших захворювань. Вважається також, що патоморфоз (зміна ознак) різних хвороб, у тому числі і хвороб психічного характеру, обумовлює саме дрейф генів. Явище, про яке йдеться, відбувається стрімкими темпами. У результаті ряд психічних розладів приймає невідомі форми, стають невпізнаваними при зіставленні з їх описом в класичних виданнях. Разом з цим суттєві зміни відзначаються і безпосередньо в самій структурі психіатричної захворюваності. Так, дрейф генів стирає деякі форми шизофренії, що зустрічалися раніше. Замість них з 'являються такі патології, які насилу можна визначити за сучасними класифікаторами.

Теорія Райта

Випадковий дрейф генів вивчався за допомогою математичних моделей. Використовуючи цей принцип, Райт вивів теорію. Він вважав, що вирішальне значення дрейфу генів за постійних умов відзначається в невеликих групах. Вони стають гомозіготними, і мінливість зменшується. Райт також вважав, що внаслідок змін у групах здатні сформуватися негативні спадкові ознаки. В результаті цього вся популяція може загинути, не внісши внесок у розвиток виду. Разом з цим велику роль у багатьох групах відіграє відбір. У зв 'язку з цим генетична мінливість всередині популяції знову буде несуттєвою. Поступово група добре пристосується до навколишніх умов. Однак подальші еволюційні зміни залежатимуть від виникнення сприятливих мутацій. Ці процеси проходять досить повільно. У зв 'язку з цим і еволюція великих популяцій не відрізняється високою швидкістю. У групах проміжної величини відзначається підвищена мінливість. При цьому утворення нових вигідних генів відбувається випадково, що, в свою чергу, прискорює еволюцію.

Висновки Райта

Коли з популяції втрачається один алель, з 'явитися він може внаслідок певної мутації. Але якщо вид поділяється на кілька груп, в одній з яких відсутній один елемент, в іншій - інший, то ген може мігрувати звідти, де він є, туди, де його немає. Таким чином збережеться мінливість. Враховуючи це, Райт зробив висновок, що швидше розвиток буде відбуватися у тих видів, які розділені на численні різні за величиною популяції. При цьому між ними можлива і деяка міграція. Райт був згоден з тим, що природний відбір відіграє досить істотну роль. Однак разом з цим результатом еволюції є дрейф генів. Він визначає тривалі зміни у вигляді. Крім цього, Райт вважав, що безліч відмінних ознак, що виникли за допомогою дрейфу, були байдужі, а в ряді випадків навіть шкідливі для життєздатності організмів.

Суперечки дослідників

З приводу теорії Райта існувало кілька думок. Наприклад, Добжанський вважав, що безглуздо ставити питання про те, який з факторів більш значимий - природний відбір або генетичний дрейф. Пояснював він це їх взаємодією. По суті, ймовірні наступні ситуації:

  1. У разі якщо у розвитку тих чи інших видів відбір займає головну позицію, буде відзначатися або спрямована зміна генних частот, або стабільний стан. Останнє буде визначатися навколишніми умовами.
  2. Якщо протягом тривалого періоду більш істотним буде дрейф генів, то спрямовані зміни не будуть обумовлені природним середовищем. При цьому несприятливі ознаки, навіть виникли в невеликій кількості, здатні досить широко поширитися в групі.

Слід, однак, зазначити, що безпосередньо сам процес змін, як і причина дрейфу генів, сьогодні вивчені недостатньо. У зв 'язку з цим єдиної і конкретної думки про дане явище в науці не існує.

Дрейф генів - фактор еволюції

Завдяки змінам відзначається зміна частот алелей. Це буде відбуватися до того моменту, поки вони не досягнуть стану рівноваги. Тобто дрейф генів - ізоляція одного елемента і фіксація іншого. У різних групах такі зміни відбуваються незалежно. У зв 'язку з цим підсумки генетичного дрейфу в різних популяціях різні. Зрештою в одних фіксується якийсь один набір елементів, в інших - інший. Дрейф генів, таким чином, з одного боку, призводить до зменшення різноманітності. Однак разом з цим він обумовлює і відмінності між групами, дивергенції за деякими ознаками. Це, в свою чергу, може виступати в якості основи для видоутворення.

Співвідношення впливу

У процесі розвитку генетичний дрейф взаємодіє з іншими факторами. Перш за все, взаємозв 'язок встановлюється з природним відбором. Співвідношення вкладів даних факторів знаходиться в залежності від ряду обставин. В першу чергу його визначає інтенсивність відбору. Другою обставиною є чисельність групи. Так, якщо інтенсивність і чисельність високі, випадкові процеси мають мізерно малий вплив на динаміку генетичних частот. При цьому в невеликих групах при несуттєвих відмінностях у пристосованості вплив змін незрівнянно більший. У таких випадках можлива фіксація менш адаптивного алеля, при тому що більш адаптивний буде втрачений.

Наслідки змін

Одним з основних результатів генетичного дрейфу виступає збіднення різноманітності всередині групи. Це відбувається за рахунок втрати одних алелей і фіксації інших. Процес мутації, у свою чергу, навпаки, сприяє збагаченню всередині популяцій генетичного розмаїття. За рахунок мутування загублений алель може виникати знову і знову. У зв 'язку з тим що генетичний дрейф являє собою спрямований процес, одночасно зі зниженням внутрішньопопопуляційної різноманітності збільшується відмінність між локальними групами. Протидіє цьому явищу міграція. Так, якщо в одній популяції фіксується алель "А" ", а в іншій -" а "", то всередині цих груп знову з 'являється різноманітність.

Кінцевий підсумок

Результатом генетичного дрейфу стане повне усунення одного алеля і закріплення іншого. Чим частіше елемент зустрічається в групі, тим буде вище ймовірність його фіксації. Як показують деякі розрахунки, можливість закріплення дорівнює частоті алеля в популяції.

Мутації

Вони відбуваються в середньому з частотою 10-5 на ген на гамету на покоління. Всі алелі, які виявляються в групах, колись виникли внаслідок мутації. Чим менша популяція, тим нижча ймовірність того, що кожне покоління матиме хоча б одну особину - носія нової мутації. При чисельності в сто тисяч у кожної групи нащадків з імовірністю, наближеною до одиниці, знайдеться мутантний алель. Однак його частота в популяції, а також можливість його закріплення буде досить низькою. Ймовірність, що ця ж мутація з 'явиться в тому ж поколінні хоча б у однієї особини при чисельності 10, мізерно мала. Однак якщо вона все ж відбудеться в даній популяції, то частота мутантного алеля (1 на 20 алелей), а також шанси на його фіксацію будуть відносно високими. У великих популяціях виникнення нового елемента відбувається відносно швидко. При цьому його закріплення проходить повільно. Нечисленні популяції, навпаки, мутацію очікують довго. Але після її виникнення закріплення проходить швидко. З цього можна зробити наступний висновок: шанс на фіксацію нейтральних алелей знаходиться в залежності тільки від частоти мутаційного виникнення. При цьому чисельність популяції на цей процес не впливає.

Молекулярний годинник

У зв 'язку з тим, що частоти появи нейтральних мутацій у різних видів приблизно однакові, швидкість закріплення повинна бути також приблизно рівною. З цього випливає, що кількість змін, які скупчилися в одному гені, повинна співвідноситися з часом незалежної еволюції даних видів. Іншими словами, чим триваліше буде період з моменту відокремлення двох видів з одного предкового, тим більше вони розрізняють мутаційних замін. Цей принцип лежить в основі методу молекулярного еволюційного годинника. Так визначається час, який минув з моменту, коли попередні покоління різних систематичних груп почали розвиватися самостійно, не завися один від одного.

Дослідження Поллінга і Цукуркендла

Ці два американські вчені виявили, що кількість відмінностей в амінокислотній послідовності в цитохромі і гемоглобіні у тих чи інших видів ссавців тим вище, чим раніше відбулася розбіжність їх еволюційних шляхів. Згодом ця закономірність була підтверджена великим обсягом експериментальних даних. Матеріал включав десятки різних генів і кілька сотень видів тварин, мікроорганізмів і рослин. З 'ясувалося, що хід молекулярних годинників здійснюється з постійною швидкістю. Це відкриття, власне кажучи, підтверджується розглянутою теорією. Калібрування годин здійснюється окремо для кожного гена. Це обумовлено тим, що частота появи нейтральних мутацій у них різна. Для цього проводиться оцінка кількості замін, що скупчилися в певному гені у таксонів. Їх час дивергенції надійно встановлено за допомогою палеонтологічних даних. Після того як буде відкалібровано молекулярні годинники, їх можна використовувати далі. Зокрема, з їх допомогою легко виміряти час, протягом якого сталася дивергенція (розбіжність) між різними таксонами. Це можливо навіть у тому випадку, якщо загальний їхній предок ще не виявлено в палеонтологічному літописі.