GENETIC NAAANOD: SANHI, EPEKTO, HALIMBAWA - BIOLOGY - 2025

Ang genetic naaanod o gene ay isang stochastic evolutionary mekanismo na nagdudulot ng pagbabagu-bago o pagkakaiba-iba ng random na allelic frequency sa isang populasyon.

Ang likas na pagpili at pag-drift ng gene ni Charles Darwin ay ang dalawang pinakamahalagang proseso na kasangkot sa pagbabago ng ebolusyon sa populasyon. Taliwas sa likas na pagpili, na kung saan ay itinuturing na isang deterministic at hindi random na proseso, ang gen drift ay isang proseso na napatunayan bilang random na pagbagu-bago ng mga allele frequency sa populasyon o ng mga haplotypes.

Pinagmulan: Anjile, mula sa Wikimedia Commons

Ang pag-drift ng Gene ay humahantong sa hindi nababagay na ebolusyon. Sa katunayan, ang natural na pagpili - at hindi genetic naaanod - ay ang tanging mekanismo na ginamit upang maipaliwanag ang lahat ng mga pagbagay ng mga organismo sa iba't ibang antas (anatomical, physiological o etological).

Hindi ito nangangahulugan na ang gen drift ay hindi mahalaga. Ang isa sa mga pinaka kapansin-pansin na mga kahihinatnan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay sinusunod sa antas ng molekular, sa pagitan ng mga pagkakaiba-iba sa mga pagkakasunud-sunod ng DNA at protina.

Kasaysayan

Ang teorya ng gen drift ay binuo noong unang bahagi ng 1930s ng isang nangungunang biologist at geneticist na nagngangalang Sewal Wright.

Katulad nito, ang mga kontribusyon ni Motoo Kimura ay natatangi sa larangan na ito. Pinamunuan ng mananaliksik na ito ang neutral na teorya ng ebolusyon ng molekular, kung saan inilalantad niya na ang mga epekto ng gen drift ay may mahalagang kontribusyon sa ebolusyon sa antas ng mga pagkakasunud-sunod ng DNA.

Ang mga may-akdang ito ay naglikha ng mga modelo ng matematika upang maunawaan kung paano gumagana ang gen drift sa biological populasyon.

Mga Sanhi

Ang mga sanhi ng drift ng gene ay mga stochastic phenomena - iyon ay, random. Sa liwanag ng genetika ng populasyon, ang ebolusyon ay tinukoy bilang isang pagkakaiba-iba sa paglipas ng panahon sa mga allele frequency ng populasyon. Ang pag-drift ay nagreresulta sa isang pagbabago sa mga frequency na ito sa pamamagitan ng mga random na kaganapan na tinatawag na "sampling error".

Ang pag-drift ng Gene ay itinuturing na isang error sa sampling. Ang mga gene na kasama sa bawat henerasyon ay isang halimbawa ng mga gene na dala ng nakaraang henerasyon.

Anumang sample ay napapailalim sa error sa sampling. Iyon ay, ang proporsyon ng iba't ibang mga item na nahanap natin sa isang sample ay napapailalim sa pagbabago sa pamamagitan ng purong pagkakataon.

Isipin nating mayroon kaming isang bag na may 50 puting chips at 50 itim na chips. Kung kukuha tayo ng sampu sa mga ito, marahil sa pamamagitan ng purong pagkakataon nakakakuha tayo ng 4 na puti at 6 na itim; o 7 puti at 3 itim. Mayroong isang pagkakaiba-iba sa pagitan ng mga teoretikal na inaasahang halaga (5 at 5 ng bawat kulay) at ang mga nakuha sa eksperimento.

I-edit ang mga epekto

Ang mga epekto ng gen drift ay napatunayan bilang random na mga pagbabago sa mga allele frequency ng isang populasyon. Tulad ng nabanggit namin, nangyayari ito kapag walang ugnayan sa pagitan ng katangian na nag-iiba at fitness. Sa paglipas ng oras, ang mga alleles ay magtatapos na naayos o mawala mula sa populasyon.

Sa evolutionary biology, ang term fitness ay malawakang ginagamit, na tumutukoy sa kakayahan ng isang organismo na magparami at mabuhay. Ang parameter ay nag-iiba sa pagitan ng 0 at 1.

Kaya, ang katangian na nag-iiba-iba sa pamamagitan ng pag-drift ay hindi nauugnay sa pag-aanak at kaligtasan ng indibidwal.

Ang pagkawala ng mga alleles ay humantong sa pangalawang epekto ng gen drift: ang pagkawala ng heterozygosity sa populasyon. Ang pagkakaiba-iba sa isang tiyak na lokus ay bababa, at sa huli mawawala ito.

Paano namin kalkulahin ang posibilidad na ang isang allele ay nawala o naayos?

Ang posibilidad ng isang allele na naayos sa populasyon ay katumbas ng dalas nito sa oras na pinag-aralan. Ang dalas ng pag-attach ng alternatibong allele ay magiging 1 - p. Kung saan ang p ay katumbas ng allelic frequency.

Ang dalas na ito ay hindi naaapektuhan ng nakaraang kasaysayan ng pagbabago sa mga frequency ng allele, kaya hindi rin maaaring gawin ang mga hula batay sa nakaraan.

Kung, sa kabaligtaran, ang allele ay lumitaw sa pamamagitan ng mutation, ang posibilidad ng pag-aayos ay p = 1/2 N. Kung saan ang N ang bilang ng populasyon. Ito ang dahilan kung bakit ang mga bagong alleles na lumilitaw sa pamamagitan ng mutation ay mas madaling ayusin sa mga maliliit na populasyon.

Dapat basahin ng mambabasa kung paano maaapektuhan ang halaga ng p kapag mas maliit ang denominador. Logically, tataas ang posibilidad.

Kaya, ang mga epekto ng gen drift ay nagpapatuloy nang mas mabilis sa mga maliliit na populasyon. Sa isang diploid na populasyon (dalawang hanay ng mga kromosoma, tulad ng sa amin mga tao), ang pag-attach ng mga bagong alleles ay nangyayari, sa karaniwan, bawat 4 na henerasyon. Ang oras ay tumataas nang proporsyonal sa pagtaas ng N sa populasyon.

Pinagmulan: Propesor marginalia, mula sa Wikimedia Commons

Epektibong bilang ng populasyon

Ang N na lumilitaw sa nakaraang mga equation ay hindi tumutukoy sa isang halaga na magkapareho sa bilang ng mga indibidwal na bumubuo sa populasyon. Sa madaling salita, hindi katumbas ito sa census ng mga organismo.

Sa genetika ng populasyon, ginagamit ang parameter ng "epektibong bilang ng populasyon" (Ne), na karaniwang mas mababa sa lahat ng mga indibidwal.

Halimbawa, sa ilang mga populasyon na may isang istrukturang panlipunan na pinamamahalaan lamang ng ilang mga lalaki ang mabisang bilang ng populasyon ay napakababa, dahil ang mga gene ng mga nangingibabaw na lalaki na ito ay nag-aambag ng hindi pagkagusto - kung ihahambing natin ang mga ito sa nalalabi na mga lalaki.

Para sa kadahilanang ito, ang bilis na kung saan kumikilos ang gen drift (at ang bilis kung saan nawala ang heterozygosity) ay mas malaki kaysa sa inaasahan kung magsasagawa kami ng isang census, dahil ang populasyon ay mas maliit kaysa sa wari.

Kung sa isang hypothetical na populasyon ay binibilang namin ang 20,000 mga indibidwal, ngunit 2,000 lamang ang magparami, ang mabisang bilang ng populasyon ay bumababa. At ang kababalaghan na ito kung saan hindi lahat ng mga organismo ay nangyayari sa populasyon, ay malawak na ipinamamahagi sa mga likas na populasyon.

Mga bottlenecks at epekto ng tagapagtatag

Tulad ng nabanggit namin (at ipinakita sa matematika), ang pag-drift ay nangyayari sa maliit na populasyon. Kung saan ang mga alleles na hindi masyadong madalas ay may isang mas malaking posibilidad na mawala.

Ang kababalaghan na ito ay karaniwan matapos makaranas ng populasyon ang isang kaganapan na tinatawag na "bottleneck". Nangyayari ito kapag ang isang makabuluhang bilang ng mga miyembro ng populasyon ay tinanggal sa pamamagitan ng ilang uri ng hindi inaasahan o sakuna kaganapan (halimbawa, isang bagyo o isang pag-avalanche).

Ang agarang epekto ay maaaring maging isang pagbawas sa pagkakaiba-iba ng genetic ng populasyon, na binabawasan ang laki ng gene pool o gene pool.

Ang isang partikular na kaso ng mga bottlenecks ay ang epekto ng tagapagtatag, kung saan ang isang maliit na bilang ng mga indibidwal na hiwalay mula sa paunang populasyon at bumuo sa paghihiwalay. Sa mga halimbawa na maipapakita natin sa ibang pagkakataon, makikita natin kung ano ang mga kahihinatnan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito.

Pinagmulan: Anjile, mula sa Wikimedia Commons

Epekto sa antas ng DNA: neutral na teorya ng ebolusyon ng molekular

Ang neutral na teorya ng ebolusyon ng molekular ay iminungkahi ni Motoo Kimura. Bago ang mga ideya ng mananaliksik na ito, natagpuan na ni Lewontin & Hubby na ang mataas na proporsyon ng mga pagkakaiba-iba sa antas ng enzyme ay hindi aktibong mapanatili ang lahat ng mga polymorphism (pagkakaiba-iba).

Napagpasyahan ni Kimura na ang mga pagbabagong ito ng amino acid ay maaaring maipaliwanag ng gen drift at mutations. Nagtapos siya na sa antas ng DNA at protina, ang mga mekanismo ng drift ng gene ay may mahalagang papel.

Ang terminong neutral ay tumutukoy sa katotohanan na ang karamihan sa mga pamalit ng base na pinamamahalaan upang ayusin (maabot ang dalas ng 1) ay neutral na may paggalang sa fitness. Para sa kadahilanang ito, ang mga pagkakaiba-iba na nangyayari sa pamamagitan ng pag-drift ay walang kahulugan na agpang.

Bakit may neutral na mutations?

Mayroong mga mutasyon na walang epekto sa phenotype ng indibidwal. Ang lahat ng impormasyon upang mabuo at bumuo ng isang bagong organismo ay naka-encrypt sa DNA. Ang code na ito ay tinukoy ng ribosom sa proseso ng pagsasalin.

Ang genetic code ay binabasa sa "triplets" (hanay ng tatlong titik) at bawat tatlong titik ng code para sa isang amino acid. Gayunpaman, ang genetic code ay lumala, na nagpapahiwatig na mayroong higit sa isang codon na ang mga code para sa parehong amino acid. Halimbawa, ang mga codon CCU, CCC, CCA, at CCG lahat ng code para sa prutas ng amino acid.

Samakatuwid, kung ang pagkakasunud-sunod ng CCU ay magbago sa CCG, ang produkto ng pagsasalin ay magiging isang prolin, at walang mga pagbabago sa pagkakasunud-sunod ng protina.

Katulad nito, ang pagbago ay maaaring magbago sa isang amino acid na ang mga katangian ng kemikal ay hindi magkakaiba-iba. Halimbawa, kung ang isang alanine ay nagbabago sa valine, ang epekto sa pag-andar ng protina ay maaaring hindi kanais-nais.

Tandaan na hindi ito wasto sa lahat ng mga kaso, kung ang pagbabago ay nangyayari sa isang bahagi ng protina na mahalaga para sa pag-andar nito - tulad ng aktibong site ng mga enzymes - ang epekto sa fitness ay maaaring maging makabuluhan.

Mga halimbawa

Hypothetical halimbawa: mga snails at baka

Mag-isip ng isang parang kung saan magkakasama ang mga snails at baka. Sa populasyon ng suso maaari nating makilala ang dalawang kulay: isang itim na shell at isang dilaw na shell. Ang isang tiyak na kadahilanan sa dami ng namamatay sa mga snails ay ang mga yapak ng mga baka.

Gayunpaman, tandaan na kung ang isang snail ay tinapak, hindi ito nakasalalay sa kulay ng shell nito, dahil ito ay isang random na kaganapan. Sa halimbawang ito ng hypothetical, ang populasyon ng snail ay nagsisimula sa isang pantay na proporsyon ng mga kulay (50 itim na snails at 50 dilaw na snails). Sa kaso ng mga baka, puksain ang 6 na itim at 2 yellows, magbabago ang proporsyon ng mga kulay.

Sa parehong paraan, maaaring sa isang sumusunod na kaganapan, ang mga dilaw ay namamatay sa mas malaking proporsyon, dahil walang kaugnayan sa pagitan ng kulay at posibilidad na durugin (gayunpaman, walang uri ng "pagbabayad" na epekto).

Paano mababago ang proporsyon ng mga snails sa paglipas ng panahon?

Sa panahong ito ng random na proseso, ang mga proporsyon ng itim at dilaw na mga shell ay magbabago sa paglipas ng panahon. Kalaunan, ang isa sa mga shell ay maabot ang isa sa dalawang mga limitasyon: 0 o 1.

Kapag ang dalas na naabot ay 1 - ipagpalagay na para sa dilaw na shell allele - lahat ng mga snails ay ang kulay na ito. At, tulad ng maaari nating hulaan, ang allele para sa itim na shell ay nawala.

Ang tanging paraan upang magkaroon ng allele na muli ay ang populasyon ay ang pagpasok nito sa pamamagitan ng paglipat o sa pamamagitan ng mutation.

Gen drift sa aksyon: ang Cheetahs

Ang kababalaghan ng gen drift ay maaaring sundin sa mga natural na populasyon, at ang pinaka matinding halimbawa ay ang Cheetahs. Ang mga mabilis at naka-istilong felines ay nabibilang sa mga species Acinonyx jubatus.

Mga 10,000 taon na ang nakalilipas, ang Cheetahs - at iba pang malalaking populasyon ng mammal - nakaranas ng matinding kaganapan ng pagkalipol. Ang kaganapang ito ay sanhi ng isang "bottleneck" sa populasyon ng Cheetah, na may iilan lamang na indibidwal na nakaligtas.

Ang mga nakaligtas sa kababalaghan ng Pleistocene na kababalaghan ay nagbigay ng pagtaas sa lahat ng mga Cheetahs ngayon. Ang mga epekto ng pag-anod, kasama ng inbreeding, ay halos ganap na homogenized ang populasyon.

Sa katunayan, ang immune system ng mga hayop na ito ay halos magkapareho sa lahat ng mga indibidwal. Kung sa anumang kadahilanan, ang isa sa mga miyembro ay nangangailangan ng isang donasyon ng organ, ang alinman sa kanilang mga kasamahan ay maaaring gawin ito nang hindi humahantong sa anumang posibilidad ng pagtanggi.

Ang mga donasyon ay mga pamamaraan na maingat na isinasagawa at kinakailangan na pigilan ang immune system ng tatanggap upang hindi ito atake ng "panlabas na ahente", kahit na nagmula ito sa isang napakalapit na miyembro ng pamilya - tawagan itong mga kapatid o bata.

Halimbawa sa populasyon ng tao: ang Amish

Ang mga bottlenecks at ang epekto ng tagapagtatag ay nagaganap din sa kasalukuyang populasyon ng tao, at may kaugnayan sa mga medikal na larangan.

Ang Amish ay isang pangkat ng relihiyon. Ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang simpleng pamumuhay, libre mula sa teknolohiya at iba pang mga modernong kaginhawaan - bilang karagdagan sa pagdala ng napakataas na dalas ng mga sakit sa genetic at pathologies.

Halos 200 mga kolonisador ang dumating sa Pennsylvania (USA), mula sa Europa, at nagsimulang magparami sa parehong mga miyembro.

Ipinagpalagay na sa mga kolonisador ay mayroong mga carriers ng autosomal recessive genetic disease, kabilang ang Ellis-van Creveld syndrome. Ang sindrom na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga tampok ng dwarfism at polydactyly (mataas na bilang ng mga daliri, mas malaki sa limang numero).

Ang sakit ay nasa paunang populasyon na may dalas ng 0.001 at nadagdagan nang malaki sa 0.07.

Mga Sanggunian

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Biology: agham at likas na katangian. Edukasyon sa Pearson.
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Imbitasyon sa Biology. Panamerican Medical Ed.
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Ebolusyonaryong pagsusuri. Prentice Hall.
4. Futuyma, DJ (2005). Ebolusyon. Sinauer.
5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Mga pinagsamang prinsipyo ng zoology (Tomo 15). New York: McGraw-Hill.
6. Mayr, E. (1997). Ebolusyon at pagkakaiba-iba ng buhay: Mga napiling sanaysay. Harvard University Press.
7. Rice, S. (2007). Encyclopedia ng Ebolusyon. Mga Katotohanan sa File.
8. Russell, P., Hertz, P., & McMillan, B. (2013). Biology: Ang Dynamic Science. Edukasyong Nelson.
9. Soler, M. (2002). Ebolusyon: ang batayan ng Biology. South Project.