EFEKT ZAŁOŻYCIELSKI: Z CZEGO SIĘ SKŁADA I PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2026

Efekt założycielski w biologii to zjawisko polegające na izolacji małej grupy osobników z większej populacji. Kiedy liczba osobników rośnie, pula genów może nie odzwierciedlać dokładnie populacji, która je dała.

Zmienność puli genów w porównaniu z populacją początkową oraz spadek zmienności w populacji prowadzi - w niektórych przypadkach - do wzrostu częstości występowania recesywnych alleli orkiszu.

Źródło: By Founder_effect.png: User: Qz10derivative work: Zerodamage (Ten plik pochodzi z: Founder effect.png :), za pośrednictwem Wikimedia Commons

Z tego powodu literatura medyczna zawiera najlepsze przykłady efektu założycielskiego, w którym małe populacje ludzkie kolonizowały nowe środowiska.

Kiedy wielkość tych populacji wzrosła, ich pula genów różni się od populacji, a także odsetek szkodliwych alleli jest znacznie wyższy. Najbardziej znanym przykładem są Amisze.

Dryf genowy lub genetyczny

Dryf genów to pojęcie ściśle związane z efektem założycielskim.

Wśród mechanizmów, które powodują zmiany ewolucyjne, mamy dobór naturalny i dryf genetyczny. To ostatnie powoduje zmiany w częstości występowania alleli w populacji poprzez zdarzenia losowe.

Dryf genów występuje we wszystkich populacjach, ale ma bardziej wyraźny wpływ i działa szybciej w małych populacjach. W dużych populacjach zdarzenia, które występują przypadkowo, nie wpływają znacząco na pulę genów.

Zatem istnieją dwie przyczyny lub przykłady dryfowania genów: efekt wąskiego gardła populacji i efekt założyciela. Niektórzy autorzy uważają efekt założyciela za szczególny przypadek wąskiego gardła.

Przykłady dryfu genów

To zdarzenie występuje z powodu „błędu próbkowania”. Załóżmy, że mamy worek z 200 fasolami: 100 białych i 100 czarnych. Jeśli zrobię ekstrakcję 10 ziaren, być może przez przypadek otrzymam 6 białych i 4 czarne, a nie oczekiwaną proporcję: 5 i 5. Tak działa dryf.

Teraz możemy ekstrapolować ten przykład na królestwo zwierząt. Załóżmy, że mamy populację ssaków z osobnikami o białym futrze i innymi o czarnym futrze.

Zupełnie przypadkowo rozmnażają się tylko czarnowłose - jakieś zdarzenie przypadkowe uniemożliwiło rozmnażanie się kończyn o białym futrze. Ta stochastyczna zmiana częstotliwości allelicznych to dryf genów.

W naturze może się to zdarzyć z powodu katastrofy środowiskowej: lawina zmiotła większość ssaków o białej sierści.

Kiedy pojawia się efekt założycielski?

Efekt założycielski występuje, gdy kilka osobników izoluje się od „matki” lub populacji początkowej i tworzy między sobą nową populację. Nowi kolonizatorzy mogą składać się z jednej pary lub pojedynczej zapłodnionej samicy - jak w przypadku owadów, które mogą przechowywać nasienie.

Populacje różnych zwierząt, które dziś żyją na wyspach, są potomkami kilku kolonizatorów, którzy przybyli na te terytoria przez przypadkowe rozproszenie.

Jeśli nowa populacja szybko rośnie i osiąga znaczące rozmiary, częstotliwość alleli prawdopodobnie nie będzie znacznie zmieniona w porównaniu z populacją, która je zapoczątkowała, chociaż niektóre rzadkie allele (na przykład powodujące chorobę lub szkodliwy stan) zostały przeniesione przez założyciele.

Jeśli kolonia pozostaje mała, dryf genów działa poprzez zmianę częstotliwości alleli. Niewielki rozmiar populacji kolonizującej może w niektórych przypadkach przełożyć się na utratę zmienności genetycznej i heterozygotyczności.

Ponadto należy wziąć pod uwagę, że w małych populacjach prawdopodobieństwo krycia się dwóch krewnych jest większe, co zwiększa poziom pokrewieństwa.

Efekt założycielski w laboratorium

W połowie lat pięćdziesiątych dwaj badacze, Dobzhansky i Pavlovsky, eksperymentalnie zademonstrowali efekt założycielski. Projekt obejmował rozpoczęcie kontrolowanych populacji muchówki Drosophila pseudoobscura.

Rodzaj Drosophila jest bohaterem szerokiego zakresu eksperymentów w laboratoriach biologicznych dzięki łatwej uprawie i krótkiemu okresowi międzypokoleniowemu.

Ta populacja została zapoczątkowana z innej, która nosiła pewne przegrupowanie chromosomalne trzeciego chromosomu, z częstością 50%. Tak więc istniały dwa typy populacji: niektóre duże zaczynały się od 5000 osobników, a inne tylko 20.

Po około 18 pokoleniach (około półtora roku) średnia częstość rearanżacji chromosomów wynosiła 0,3 w obu populacjach. Jednak zakres zmienności był znacznie większy w małych populacjach.

Innymi słowy, początkowo populacje z niską liczbą założycieli generowały znaczne zróżnicowanie między populacjami pod względem częstotliwości badanych rearanżacji.

Źródło: Bbski, źródło Wikimedia Commons

Przykład w populacjach ludzkich

Efekt założycielski to zjawisko, które można zastosować w populacjach ludzkich. W rzeczywistości to zdarzenie kolonizacji wyjaśnia wysoką częstość dziedzicznych zaburzeń w małych izolowanych populacjach.

Migracje na małe wyspy

Na początku XIX wieku na wyspę na Oceanie Atlantyckim przeniosło się nieco ponad kilkanaście osobników z Anglii. Ta grupa ludzi rozpoczęła swoje życie na wyspie, gdzie rozmnażała się i stworzyła nową populację.

Spekuluje się, że jeden z pierwszych „założycieli” nosił allel recesywny w chorobie wpływającej na wzrok, zwanej barwnikowym zapaleniem błony śluzowej nosa.

W 1960 roku, kiedy populacja osiągnęła już znacznie większą liczbę członków - 240 potomków - czterech z nich cierpiało na wspomniany stan. Odsetek ten jest około 10 razy większy niż liczba ludności, która dała początek założycielom.

Amisz

Amisze to grupa religijna, która oprócz tego, że jest znana ze swojego prostego stylu życia i daleko od nowoczesnych wygód, wyróżnia się wysokim odsetkiem recesywnych szkodliwych alleli. W XVIII wieku niewielka grupa osób wyemigrowała z Niemiec do Szwajcarii, a stamtąd do Stanów Zjednoczonych Ameryki.

Wśród bardzo powszechnych patologii homozygotycznych u Amiszów wyróżnia się karłowatość i polidaktylia - stan, w którym osobniki rodzą się z więcej niż pięcioma palcami.

Szacuje się, że 13% populacji jest nosicielami allelu recesywnego, który powoduje ten szkodliwy stan. Niezwykle wysokie częstotliwości, jeśli porównamy je z populacją ludzką, która je dała.

Źródło: Autor: Gadjoboy z flickr.com - https://www.flickr.com/photos/gadjoboy/, za pośrednictwem Wikimedia Commons

Bibliografia

1. Audesirk, T., Audesirk, G. i Byers, BE (2004). Biologia: nauka i przyroda. Edukacja Pearson.
2. Curtis, H. i Schnek, A. (2006). Zaproszenie na biologię. Panamerican Medical Ed.
3. Freeman, S. i Herron, JC (2002). Analiza ewolucyjna. Prentice Hall.
4. Futuyma, DJ (2005). Ewolucja. Sinauer.
5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC i Garrison, C. (2001). Zintegrowane zasady zoologii (tom 15). Nowy Jork: McGraw-Hill.
6. Mayr, E. (1997). Ewolucja i różnorodność życia: wybrane eseje. Harvard University Press.
7. Rice, S. (2007). Encyklopedia ewolucji. Fakty dotyczące akt.
8. Russell, P., Hertz, P. i McMillan, B. (2013). Biologia: dynamiczna nauka. Edukacja Nelsona.
9. Soler, M. (2002). Ewolucja: podstawa biologii. Projekt Południowy.