PRZEPŁYW GENÓW: MECHANIZM, KONSEKWENCJE I PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2025

Przepływu genów lub przepływu genów w biologii, odnosi się do ruchu genów z jednej do innej populacji. Ogólnie termin ten jest używany jako synonim procesu migracji - w sensie ewolucyjnym.

W powszechnym użyciu migracja oznacza sezonowe przemieszczanie się osobników z jednego regionu do drugiego w poszukiwaniu lepszych warunków lub w celach reprodukcyjnych. Jednak dla biologa ewolucyjnego migracja obejmuje transfer alleli z zestawu genów między populacjami.

Źródło: Jessica Krueger, źródło Wikimedia Commons

W świetle genetyki populacji ewolucję definiuje się jako zmianę częstości alleli w czasie.

Zgodnie z zasadami równowagi Hardy'ego-Weinberga, częstotliwości będą się zmieniać w zależności od sytuacji: selekcji, mutacji, dryfu i przepływu genów. Z tego powodu przepływ genów jest uważany za siłę ewolucyjną o wielkim znaczeniu.

Mechanizmy przepływu genów

Mechanizmy i przyczyny, które powodują ruch genów w populacji, są silnie powiązane z nieodłącznymi cechami badanej grupy. Może wystąpić w wyniku imigracji lub emigracji niektórych osób w stanie rozrodczym lub może wynikać z ruchu w gametach.

Na przykład jednym z mechanizmów może być sporadyczne rozprzestrzenianie się młodocianych form gatunku zwierzęcego na odległe populacje.

W przypadku roślin mechanizmy są łatwiejsze do ustalenia. Gamet roślin jest transportowany na różne sposoby. Niektóre linie wykorzystują mechanizmy abiotyczne, takie jak woda lub wiatr, które mogą przenosić geny do odległych populacji.

Podobnie występuje rozprzestrzenianie biotyczne. W rozsiewaniu nasion uczestniczy wiele owocożernych zwierząt. Na przykład w tropikach ptaki i nietoperze odgrywają kluczową rolę w rozprzestrzenianiu się roślin o wielkim znaczeniu dla ekosystemów.

Innymi słowy, szybkość migracji i przepływ genów zależą od zdolności dyspersyjnej badanej linii.

Migracja i równowaga Hardy'ego-Weinberga

Aby zbadać wpływ migracji na równowagę Hardy'ego-Weinberga, model wyspy jest często używany jako uproszczenie (model migracji wyspa-kontynent).

Ponieważ populacja wyspy jest stosunkowo niewielka w porównaniu z populacją kontynentu, jakikolwiek transfer genów z wyspy na kontynent nie ma wpływu na genotyp i częstość alleli na kontynencie.

Z tego powodu przepływ genów miałby wpływ tylko w jednym kierunku: z lądu na wyspę.

Czy częstotliwości alleli są różne?

Aby zrozumieć wpływ zdarzenia migracyjnego na wyspę, rozważ hipotetyczny przykład locus z dwoma allelami A ₁ i A ₂ . Musimy dowiedzieć się, czy przemieszczanie się genów na wyspę powoduje zmianę częstotliwości alleli.

Załóżmy, że częstotliwość ₁ allelu jest równa 1 - co oznacza, że jest ona ustalana w populacji, podczas gdy w populacji kontynentu jest A ₂ allel , który jest ustalony. Przed dojrzewaniem osobników na wyspie migruje na nią 200 osobników.

Po przepływie genów częstotliwości się zmienią i teraz 80% będzie „natywnych”, podczas gdy 20% będzie nowych lub kontynentalnych. Na tym prostym przykładzie możemy zademonstrować, jak ruch genów prowadzi do zmiany częstotliwości alleli - kluczowej koncepcji ewolucji.

Konsekwencje przepływu genów

Kiedy istnieje wyraźny przepływ genów między dwiema populacjami, jedną z najbardziej intuicyjnych konsekwencji jest to, że proces ten jest odpowiedzialny za osłabienie możliwych różnic między obiema populacjami.

W ten sposób przepływ genów może działać w przeciwnym kierunku niż inne siły ewolucyjne, które dążą do utrzymania różnic w składzie rezerwuarów genetycznych. Na przykład mechanizm doboru naturalnego.

Drugą konsekwencją jest rozprzestrzenianie się korzystnych alleli. Załóżmy, że w wyniku mutacji powstaje nowy allel, który daje pewną selektywną przewagę jego nosicielom. W przypadku migracji nowy allel jest transportowany do nowych populacji.

Przepływ genów i koncepcja gatunku

Biologiczne pojęcie gatunku jest powszechnie znane iz pewnością najczęściej stosowane. Definicja ta pasuje do konceptualnego schematu genetyki populacyjnej, ponieważ obejmuje pulę genów - jednostkę, w której zmieniają się częstości alleli.

W ten sposób z definicji geny nie przechodzą z jednego gatunku na inny - nie ma przepływu genów - iz tego powodu gatunki te wykazują pewne cechy, które pozwalają na ich różnicowanie. Idąc tym tropem, przepływ genów wyjaśnia, dlaczego gatunki tworzą „klaster” lub grupę fenetyczną.

Co więcej, zakłócenie przepływu genów ma kluczowe konsekwencje w biologii ewolucyjnej: prowadzi - w większości przypadków - do wydarzeń specjacyjnych lub powstania nowych gatunków. Przepływ genów może być zakłócany przez różne czynniki, takie jak między innymi istnienie bariery geograficznej, preferencje na poziomie zalotów.

Odwrotna jest również prawda: istnienie przepływu genów przyczynia się do tego, że wszystkie organizmy w regionie pozostają jako jeden gatunek.

Przykład

Migracja węża Nerodia sipedon jest dobrze udokumentowanym przypadkiem przepływu genów z populacji kontynentalnej na wyspę.

Gatunek jest polimorficzny: może mieć wyraźny wzór pasm lub nie mieć go wcale. W uproszczeniu zabarwienie jest określane przez jeden locus i dwa allele.

Ogólnie rzecz biorąc, węże kontynentu charakteryzują się przedstawieniem wzoru pasm. Natomiast ci, którzy zamieszkują wyspy, ich nie posiadają. Naukowcy doszli do wniosku, że różnica morfologiczna wynika z różnych presji selekcyjnych, którym poddawany jest każdy region.

Na wyspach ludzie zwykle opalają się na powierzchni skał w pobliżu brzegu plaży. Wykazano brak pasm ułatwiających kamuflaż na skałach wysp. Tę hipotezę można przetestować za pomocą eksperymentów oznaczania i ponownego przechwytywania.

Z tego powodu spodziewalibyśmy się, że populacja wyspy będzie składać się wyłącznie z organizmów bez pasków. Jednak to nieprawda.

Z każdego pokolenia przybywa z kontynentu nowa grupa organizmów pasiastych. W tym przypadku migracja działa jako siła przeciwko selekcji.

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. Soler, M. (2002). Ewolucja: podstawa biologii. Projekt Południowy.