أسباب الانجراف الوراثي ، الآثار ، الأمثلة

ال الانجراف الجيني أو الجين هو آلية تطورية عشوائية ، والتي تسبب تقلبات أو اختلافات ترددات أليل عشوائية بحتة من السكان.

يعد انتقاء تشارلز داروين الطبيعي وانجرافه الجيني من أهم عمليتي المشاركة في التغيير التطوري في السكان. على عكس الانتقاء الطبيعي ، الذي يُعتبر عملية حتمية وغير عشوائية ، فإن الانجراف الجيني هو عملية يتضح أنها التقلبات العشوائية للترددات الأليلية في السكان أو الأشكال الفردية.

يؤدي الانجراف الجيني إلى تطور غير قابل للتكيف. في الواقع ، فإن الانتقاء الطبيعي - وليس الانجراف الجيني - هو الآلية الوحيدة المستخدمة لشرح جميع تكيفات الكائنات الحية على مستويات مختلفة (تشريحية أو فسيولوجية أو أخلاقية)..

هذا لا يعني أن الانجراف الجيني ليس مهما. ولوحظت واحدة من أكثر عواقبها الظاهرة لهذه الظاهرة على المستوى الجزيئي ، بين الاختلافات في الدنا وتسلسل البروتين.

مؤشر

• 1 التاريخ
• 2 أسباب
• 3 الآثار
  • 3.1 كيف نحسب احتمالية فقدان أليل أو إصلاحه?
  • 3.2 العدد الفعلي للسكان
  • 3.3 الاختناقات وتأثير التأسيس
  • 3.4 التأثير على مستوى الحمض النووي: نظرية محايدة للتطور الجزيئي
  • 3.5 لماذا هناك طفرات محايدة?
• 4 أمثلة
  • 4.1 مثال افتراضي: القواقع والأبقار
  • 4.2 كيف ستختلف نسبة القواقع بمرور الوقت؟?
  • 4.3 الانجراف الجيني في العمل: الفهود
  • 4.4 مثال في البشر: الأميش
• 5 المراجع

تاريخ

تم تطوير نظرية الانجراف الجيني في بداية عام 1930 ، من قبل عالم الأحياء وعلم الوراثة المهم اسمه Sewal رايت..

وبالمثل ، كانت مساهمات Motoo Kimura استثنائية في هذا المجال. قاد هذا الباحث النظرية المحايدة للتطور الجزيئي ، حيث أوضح أن آثار الانجراف الجيني لها مساهمة مهمة في التطور على مستوى تسلسل الحمض النووي..

ابتكر هؤلاء المؤلفون نماذج رياضية لفهم كيفية عمل انجراف الجينات في المجموعات البيولوجية.

الأسباب

أسباب الانجراف الجيني عشوائية ، أي ظواهر عشوائية. في ضوء علم الوراثة السكانية ، يُعرّف التطور بأنه تباين بمرور الوقت في الترددات الأليلية للسكان. يترجم الانجراف إلى تغيير هذه الترددات عن طريق أحداث عشوائية تسمى "أخطاء أخذ العينات".

يعتبر الانجراف الجيني خطأ في أخذ العينات. الجينات التي تم تضمينها في كل جيل هي عينة من الجينات التي تحمل الجيل السابق.

أي عينة تخضع لخطأ أخذ العينات. أي أن نسبة العناصر المختلفة التي نجدها في عينة تخضع للتغييرات عن طريق الصدفة البحتة.

تخيل أن لدينا حقيبة بها 50 رقاقة بيضاء و 50 رقاقة سوداء. إذا أخذنا عشرة من هؤلاء ، فقد يكون ذلك بمحض الصدفة نحصل على 4 أبيض و 6 أسود ؛ أو 7 أبيض و 3 أسود. هناك تباين بين القيم المتوقعة نظريًا (5 و 5 من كل لون) وتلك التي تم الحصول عليها تجريبيًا.

الآثار

تتضح آثار انجراف الجينات كتغيرات عشوائية في الترددات الأليلية لمجتمع ما. كما ذكرنا ، يحدث هذا عندما لا تكون هناك علاقة بين الخاصية التي تتغير و لياقة بدنية. مع مرور الوقت ، ستنتهي الأليلات في إصلاح أو خسارة السكان.

في علم الأحياء التطوري ، المصطلح لياقة بدنية يستخدم على نطاق واسع ، ويشير إلى قدرة الكائن الحي على التكاثر والبقاء على قيد الحياة. تختلف المعلمة بين 0 و 1.

وبالتالي ، فإن الخاصية التي تختلف عن طريق الانجراف لا تتعلق بتكاثر الفرد وبقائه.

يؤدي فقدان الأليلات إلى التأثير الثاني لانجراف الجينات: فقدان تغاير الزيجوت في السكان. سيتم تقليل التباين في موضع معين ، وفي النهاية سيتم فقده.

كيف نحسب احتمال فقدان أليل أو إصلاحه؟?

احتمال أن يكون الأليل ثابتًا في المجتمع يساوي تردده في وقت دراسته. تردد تثبيت الأليل البديل سيكون 1 - ص. حيث ص تساوي تردد أليلية.

لا يتأثر هذا التردد بالسجل السابق لتغيير ترددات الأليل ، لذلك لا يمكن إجراء تنبؤات بناءً على الماضي.

على العكس من ذلك ، إذا نشأت الأليل عن طريق الطفرة ، يكون احتمال التثبيت ص = 1/2N. حيث N هو عدد السكان. هذا هو السبب في أن الأليلات الجديدة التي تظهر عن طريق الطفرة أسهل في إصلاحها في مجموعات صغيرة.

يجب أن يشرح القارئ كيف سيؤثر ذلك على قيمة ص عندما يكون القاسم أصغر. منطقيا ، فإن احتمال زيادة.

وبالتالي ، فإن آثار انجراف الجينات تسير بسرعة أكبر في التجمعات الصغيرة. في مجموعة ثنائية الصبغيات (مجموعتان من الكروموسومات ، مثلنا مثل البشر) ، يحدث تثبيت أليلات جديدة ، في المتوسط ​​، كل 4N أجيال. الوقت يزيد بالتناسب عن طريق زيادة N من السكان.

العدد الفعلي للسكان

ال N الذي يظهر في المعادلات السابقة ، لا يشير إلى قيمة مماثلة لعدد الأفراد في السكان. وهذا يعني أنه لا يعادل تعداد الكائنات الحية.

في علم الوراثة السكانية ، يتم استخدام معامل "العدد الفعلي للسكان" (ني) ، والتي عادة ما تكون أقل من جميع الأفراد.

على سبيل المثال ، في بعض المجموعات ذات البنية الاجتماعية التي لا يهيمن عليها سوى عدد قليل من الذكور ، يكون العدد الفعلي للسكان منخفضًا جدًا ، حيث إن جينات هؤلاء الذكور المهيمنة تساهم بشكل غير متناسب - إذا قارناها مع بقية الذكور.

لهذا السبب ، ستكون السرعة التي يتصرف بها الانجراف الجيني (والسرعة التي يتم بها فقدان الزيجوت الجنسي المتغاير) أكبر من المتوقع إذا أجرينا إحصاءًا ، لأن عدد السكان أصغر مما يبدو..

إذا كان عدد سكاننا الافتراضي هو 20.000 فرد ، ولكن تم إعادة إنتاج 2000 فقط ، فإن العدد الفعلي للسكان سينخفض. وهذه الظاهرة التي لا تحدث فيها جميع الكائنات الحية في السكان ، يتم توزيعها على نطاق واسع في المجموعات الطبيعية.

الاختناقات وتأثير التأسيس

كما ذكرنا (ونظهر رياضيا) ، يحدث الانجراف في أعداد صغيرة من السكان. حيث أن الأليلات التي ليست متكررة بهذه الطريقة يكون لها فرصة أكبر في الضياع.

هذه الظاهرة شائعة بعد تجربة السكان لحدث يسمى "عنق الزجاجة". يحدث هذا عندما يتم القضاء على عدد كبير من السكان بسبب نوع من الأحداث غير المتوقعة أو الكارثية (على سبيل المثال ، عاصفة أو انهيار جليدي).

قد يكون التأثير الفوري انخفاضًا في التنوع الجيني للسكان ، مما يقلل من حجم المجموعة الوراثية أو تجمع الجينات.

هناك حالة معينة من الاختناقات هي التأثير المؤسس ، حيث ينفصل عدد صغير من الأفراد عن السكان الأصليين ويتطورون بمعزل عن غيرهم. في الأمثلة التي سنقدمها لاحقًا ، سنرى ما هي عواقب هذه الظاهرة.

التأثير على مستوى الحمض النووي: نظرية محايدة للتطور الجزيئي

تم اقتراح النظرية المحايدة للتطور الجزيئي بواسطة Motoo Kimura. قبل أفكار هذا الباحث ، وجدت Lewontin & Hubby بالفعل أن نسبة عالية من الاختلافات على مستوى الانزيم لا يمكن الحفاظ بنشاط على جميع هذه الأشكال (الأشكال).

خلص كيمورا إلى أن هذه التغييرات في الأحماض الأمينية يمكن تفسيرها عن طريق الانجراف الجيني والطفرات. ويخلص إلى أنه على مستوى الحمض النووي والبروتينات ، تلعب آليات انجراف الجينات دورًا أساسيًا.

يشير المصطلح المحايد إلى حقيقة أن غالبية بدائل القواعد التي يمكن إصلاحها (تصل إلى تردد 1) محايدة فيما يتعلق لياقة بدنية. لذلك ، هذه الاختلافات التي تحدث عن طريق الانجراف ، ليس لها أي معنى تكيفي.

لماذا هناك طفرات محايدة?

هناك طفرات ليس لها تأثير على النمط الظاهري للفرد. في الحمض النووي ، يتم تشفير جميع المعلومات لبناء وتطوير كائن حي جديد. يتم فك شفرة هذا الرمز بواسطة الريبوسومات في عملية الترجمة.

تتم قراءة الشفرة الوراثية في "ثلاثة توائم" (مجموعة من ثلاثة أحرف) وكل رمز من ثلاثة أحرف للحمض الأميني. ومع ذلك ، فإن الشفرة الوراثية تتحلل ، مما يشير إلى أن هناك أكثر من كودون واحد يرمز لنفس الحمض الأميني. على سبيل المثال ، أكواد الكود CCU ، CCC ، CCA و CCG كلها شفرة لبرولين الأحماض الأمينية.

لذلك ، إذا تغير في CCU إلى CCG ، فسيكون منتج الترجمة عبارة عن proline ولن تكون هناك تغييرات في تسلسل البروتين.

بالطريقة نفسها ، قد يتغير الطفرة إلى حمض أميني لا تختلف خصائصه الكيميائية كثيرًا. على سبيل المثال ، إذا تغير alanine إلى valine كنت قد التأثير على وظيفة البروتين غير محسوس.

لاحظ أن هذا غير صالح في جميع الحالات ، إذا حدث التغيير في جزء من البروتين ضروري لوظائفه - كموقع نشط للأنزيمات - التأثير على لياقة بدنية يمكن أن يكون كبيرا جدا.

أمثلة

مثال افتراضي: القواقع والأبقار

تخيل مرج حيث تتعايش القواقع والأبقار. في سكان القواقع ، يمكننا التمييز بين لونين: قشرة سوداء وقذيفة صفراء. عامل حاسم في وفاة القواقع هي آثار أقدام الأبقار.

ومع ذلك ، لاحظ أنه إذا تم تثبيت حلزون ، فإنه لا يعتمد على لون قوقعة قذيفة ، لأنه حدث عشوائي. في هذا المثال الافتراضي ، يبدأ عدد سكان القواقع بنسبة متساوية من الألوان (50 حلزون أسود و 50 حلزون أصفر). في حالة الأبقار القضاء على 6 من السود و 2 يصفر فقط ، فإن نسبة ألوان التبادل.

وبالمثل ، في الحدث التالي ، قد يموت اللون الأصفر في نسبة أكبر ، حيث لا توجد علاقة بين اللون واحتمالية سحقه (ومع ذلك ، لا يوجد نوع من التأثير "التعويضي")..

كيف ستختلف نسبة القواقع بمرور الوقت?

خلال هذه العملية العشوائية ، سوف تتقلب نسب القذائف السوداء والصفراء بمرور الوقت. في النهاية ، ستصل إحدى القذائف إلى أي من الحدين: 0 u 1.

عندما يكون التردد الذي تم الوصول إليه هو 1 - لنفترض أنه بالنسبة إلى أليل الغلاف الأصفر - ستكون جميع القواقع من هذا اللون. وكما يمكننا أن نخمن ، سوف تضيع الأليلة للقذيفة السوداء.

الطريقة الوحيدة للحصول على هذا الأليل مرة أخرى هي أن السكان يدخلون من خلال الهجرة أو الطفرة.

الانجراف الجيني في العمل: الفهود

يمكن ملاحظة ظاهرة الانجراف الجيني في المجموعات الطبيعية ، والمثال الأكثر تطرفًا هو الفهود. تنتمي هذه الماكرات السريعة والأنيقة إلى الأنواع Acinonyx jubatus.

منذ حوالي 10،000 عام ، شهدت الفهود - وغيرها من مجموعات الثدييات الكبيرة - حدثًا شديد الانقراض. تسبب هذا الحدث "عنق الزجاجة" في مدينة الفهود ، حيث نجا عدد قليل من الأفراد.

الناجين من ظاهرة كارثية من العصر الجليدي أدى إلى جميع الفهود اليوم. آثار الانجراف ، بالإضافة إلى زواج الأقارب ، قد جندت السكان بشكل كامل تقريبا.

في الواقع ، فإن الجهاز المناعي لهذه الحيوانات متطابقة تقريبا في جميع الأفراد. إذا احتاج أي من الأعضاء لأي سبب من الأسباب إلى تبرع من أحد الأعضاء ، يمكن لأي من شركائهم القيام بذلك دون أن يؤدي ذلك إلى أي فرصة للرفض.

التبرعات هي إجراءات يتم تنفيذها بعناية ومن الضروري قمع الجهاز المناعي للمستلم حتى لا يهاجم "العامل الخارجي" ، حتى لو كان من قريب قريب جدًا - سواء كان إخوة أو أبناء.

مثال في البشر: الأميش

تحدث الاختناقات وتأثير التأسيس أيضًا في المجموعات البشرية الحالية ، ولها عواقب مهمة جدًا في المجال الطبي.

الأميش مجموعة دينية. تتميز بنمط حياة بسيط وخال من التكنولوجيا ووسائل الراحة الحالية الأخرى - بالإضافة إلى حملها على نطاق واسع للغاية من الأمراض والأمراض الوراثية..

وصل حوالي 200 مستعمر إلى ولاية بنسلفانيا (الولايات المتحدة الأمريكية) ، من أوروبا ، وبدأوا في التكاثر بين نفس الأعضاء.

هناك تكهنات بأنه من بين المستعمرين ، كانت هناك أمراض جينية متنحية متنحية ، من بينها متلازمة إيليس فان كريفيلد. تتميز هذه المتلازمة بخصائص التقزم ومتعدد الأصابع (عدد كبير من الأصابع ، أكبر من خمسة أرقام).

تم العثور على المرض في السكان الأولي مع تكرار 0.001 وزاد بشكل كبير إلى 0.07..

مراجع

1. Audesirk، T.، Audesirk، G.، & Byers، B. E. (2004). علم الأحياء: العلم والطبيعة. بيرسون التعليم.
2. كورتيس ، هـ. ، وشانك ، أ. (2006). دعوة إلى علم الأحياء. Ed. Panamericana Medical.
3. Freeman، S.، & Herron، J. C. (2002). التحليل التطوري. برنتيس هول.
4. Futuyma، D. J. (2005). تطور . Sinauer.
5. Hickman، C. P.، Roberts، L.S.، Larson، A.، Ober، W.C.، & Garrison، C. (2001). مبادئ متكاملة لعلم الحيوان (المجلد 15). نيويورك: ماكجرو هيل.
6. ماير ، E. (1997). التطور وتنوع الحياة: مقالات مختارة. مطبعة جامعة هارفارد.
7. رايس ، س. (2007).موسوعة التطور. حقائق على الملف.
8. Russell، P.، Hertz، P.، & McMillan، B. (2013). علم الأحياء: العلوم الديناميكية. نيلسون التعليم.
9. سولير ، M. (2002). التطور: أساس علم الأحياء. مشروع الجنوب.