11.2: מנגנוני האבולוציה

עקרון שיווי המשקל של הרדי-ויינברג אומר שתדרי האללים באוכלוסייה יישארו קבועים בהיעדר ארבעת הגורמים שיכולים לשנות אותם. גורמים אלה הם ברירה טבעית, מוטציה, סחף גנטי והגירה (זרימת גנים). למעשה, אנו יודעים שהם כנראה תמיד משפיעים על אוכלוסיות.

הברירה הטבעית

הברירה הטבעית כבר נדונה. אללים באים לידי ביטוי בפנוטיפ. בהתאם לתנאי הסביבה, הפנוטיפ מעניק יתרון או חסרון לאדם עם הפנוטיפ ביחס לפנוטיפים האחרים באוכלוסייה. אם זה יתרון, סביר להניח שלפרט זה יהיו יותר צאצאים מאשר אנשים עם הפנוטיפים האחרים, וזה אומר שלאלל שמאחורי הפנוטיפ יהיה ייצוג גדול יותר בדור הבא. אם התנאים יישארו זהים, גם אותם צאצאים, הנושאים את אותו אלל, ירוויחו. עם הזמן האלל יגדל בתדירות האוכלוסייה.

מוטציה

מוטציה היא מקור לאללים חדשים באוכלוסייה. מוטציה היא שינוי ברצף ה- DNA של הגן. מוטציה יכולה לשנות אלל אחד למשנהו, אך ההשפעה נטו היא שינוי בתדירות. השינוי בתדירות הנובע ממוטציה הוא קטן, ולכן השפעתו על האבולוציה קטנה אלא אם כן היא מתקשרת עם אחד הגורמים האחרים, כגון סלקציה. מוטציה עשויה לייצר אלל שנבחר נגד, נבחר או ניטרלי סלקטיבי. מוטציות מזיקות מוסרות מהאוכלוסייה על ידי סלקציה ובדרך כלל יימצאו רק בתדרים נמוכים מאוד השווים לשיעור המוטציות. מוטציות מועילות יתפשטו באוכלוסייה באמצעות סלקציה, אם כי התפשטות ראשונית זו איטית. האם מוטציה מועילה או מזיקה או לא נקבעת על ידי האם היא מסייעת לאורגניזם לשרוד לבגרות מינית ולהתרבות. יש לציין שמוטציה היא המקור האולטימטיבי לשונות גנטית בכל האוכלוסיות - אללים חדשים, ולכן, וריאציות גנטיות חדשות מתעוררות באמצעות מוטציה.

סחף גנטי

דרך נוספת שתדרי האלל של האוכלוסייה יכולים להשתנות היא סחף גנטי (איור\(\PageIndex{1}\)), שהוא פשוט השפעת המקריות. סחף גנטי הוא החשוב ביותר באוכלוסיות קטנות. הסחף ייעדר לחלוטין באוכלוסייה עם אינסוף פרטים, אך, כמובן, אף אוכלוסייה אינה כה גדולה. סחף גנטי מתרחש מכיוון שהאללים בדור צאצאים הם מדגם אקראי של האללים בדור האב. אללים עשויים להגיע לדור הבא או לא עקב אירועים מקריים הכוללים תמותה של אדם, אירועים המשפיעים על מציאת בן זוג ואפילו האירועים המשפיעים על אילו גמטות מסתיימות בהפריות. אם אדם אחד מתוך אוכלוסייה של עשרה פרטים ימות במקרה לפני שהוא משאיר צאצאים לדור הבא, כל הגנים שלו - עשירית ממאגר הגנים של האוכלוסייה - יאבדו לפתע. באוכלוסייה של 100, אותו אדם מייצג רק אחוז אחד ממאגר הגנים הכולל; לכן, יש לו הרבה פחות השפעה על המבנה הגנטי של האוכלוסייה ולא סביר שהוא יסיר את כל העותקים של אפילו אלל נדיר יחסית.

תארו לעצמכם אוכלוסייה של עשרה פרטים, חצי עם אלל A וחצי עם אלל a (הפרטים הם הפלואידים). באוכלוסייה יציבה, לדור הבא יהיו גם עשרה פרטים. בחר את הדור הזה באופן אקראי על ידי הטלת מטבע עשר פעמים ותן לראשים להיות A וזנבות להיות a. אין זה סביר שלדור הבא יהיה בדיוק מחצית מכל אלל. יכול להיות שיש שישה מתוך אחד וארבעה מהשני, או קבוצה אחרת של תדרים. לפיכך, תדרי האלל השתנו והאבולוציה התרחשה. מטבע כבר לא יעבוד לבחירת הדור הבא (מכיוון שהסיכויים הם כבר לא חצי לכל אלל). התדירות בכל דור תיסחף מעלה ומטה על מה שמכונה הליכה אקראית עד שבשלב מסוים ייבחרו כל A או כל a והאלל הזה קבוע מאותה נקודה ואילך. זה יכול לקחת הרבה מאוד זמן לאוכלוסייה גדולה. פישוט זה אינו ביולוגי במיוחד, אך ניתן להראות כי אוכלוסיות אמיתיות מתנהגות כך. השפעת הסחף על התדרים גדולה יותר ככל שהאוכלוסייה קטנה יותר. השפעתו גדולה יותר גם על אלל בתדירות רחוקה מחצי. סחף ישפיע על כל אלל, גם על אלה שנבחרים באופן טבעי.

חיבור אמנות

איור\(\PageIndex{1}\): סחף גנטי באוכלוסייה יכול להוביל לחיסול אלל מאוכלוסייה במקרה. בכל דור, קבוצה אקראית של פרטים מתרבה כדי לייצר את הדור הבא. תדירות האללים בדור הבא שווה לתדירות האללים בקרב הפרטים המתרבים.

האם אתה חושב שסחף גנטי יתרחש מהר יותר באי או ביבשת?

ניתן להגדיל את הסחף הגנטי גם על ידי אירועים טבעיים או הנגרמים על ידי בני אדם, כגון אסון שהורג באופן אקראי חלק גדול מהאוכלוסייה, המכונה אפקט צוואר הבקבוקשגורם לכך שחלק גדול מהגנום נמחק לפתע (איור \(\PageIndex{2}\)). In one fell swoop, the genetic structure of the survivors becomes the genetic structure of the entire population, which may be very different from the pre-disaster population. The disaster must be one that kills for reasons unrelated to the organism’s traits, such as a hurricane or lava flow. A mass killing caused by unusually cold temperatures at night, is likely to affect individuals differently depending on the alleles they possess that confer cold hardiness.

איור\(\PageIndex{2}\): אירוע מקרי או קטסטרופה יכולים להפחית את השונות הגנטית בתוך אוכלוסייה.

תרחיש נוסף שבו אוכלוסיות עשויות לחוות השפעה חזקה של סחף גנטי הוא אם חלק מהאוכלוסייה עוזב כדי להקים אוכלוסייה חדשה במיקום חדש, או אם אוכלוסייה מתחלקת על ידי מחסום פיזי כלשהו. במצב זה, סביר להניח כי אותם אנשים לא יהיו מייצגים את כלל האוכלוסייה, מה שמביא לאפקט המייסד. אפקט המייסד מתרחש כאשר המבנה הגנטי תואם לזה של האבות והאימהות המייסדים של האוכלוסייה החדשה. ההערכה היא כי אפקט המייסד היה גורם מפתח בהיסטוריה הגנטית של אוכלוסיית האפריקנרים של המתיישבים ההולנדים בדרום אפריקה, כפי שמעידים מוטציות הנפוצות באפריקנרים אך נדירות ברוב האוכלוסיות האחרות. סביר להניח שזה נובע משיעור גבוה מהרגיל של המתיישבים המייסדים, שהיו מדגם קטן מהאוכלוסייה המקורית, נשאו מוטציות אלה. כתוצאה מכך, האוכלוסייה מבטאת שכיחות גבוהה במיוחד של מחלת הנטינגטון (HD) ואנמיה Fanconi (FA), הפרעה גנטית הידועה כגורמת למח עצם ולמומים מולדים, ואף לסרטן. ¹

מושג בפעולה

בקר באתר זה כדי ללמוד עוד על סחף גנטי ולהפעיל סימולציות של שינויים באללים הנגרמים על ידי סחף.

זרימת גנים

כוח אבולוציוני חשוב נוסף הוא זרימת גנים, או זרימת אללים פנימה והחוצה מאוכלוסייה הנובעת מהגירה של פרטים או גמטות (איור\(\PageIndex{3}\)). בעוד שאוכלוסיות מסוימות יציבות למדי, אחרות חוות שטף רב יותר. צמחים רבים, למשל, שולחים את זרעיהם למרחקים, ברוח או במעיים של בעלי חיים; זרעים אלה עשויים להכניס אללים הנפוצים באוכלוסיית המקור לאוכלוסייה חדשה בה הם נדירים.

איור\(\PageIndex{3}\): זרימת גנים יכולה להתרחש כאשר אדם עובר ממיקום גיאוגרפי אחד למשנהו ומצטרף לאוכלוסייה אחרת של המין. בדוגמה המוצגת כאן, האלל החום מוחדר לאוכלוסייה הירוקה.

סיכום

ישנם ארבעה גורמים שיכולים לשנות את תדרי האלל של אוכלוסייה. הברירה הטבעית פועלת על ידי בחירת אללים המעניקים תכונות או התנהגויות מועילות, תוך בחירה מול אלה לתכונות מזיקות. מוטציות מכניסות אללים חדשים לאוכלוסייה. סחף גנטי נובע מהתרחשות מקרית שלאנשים מסוימים יש יותר צאצאים מאחרים ומביאה לשינויים בתדרי האלל שהם אקראיים בכיוון. כאשר אנשים עוזבים או מצטרפים לאוכלוסייה, תדרי האללים יכולים להשתנות כתוצאה מזרימת גנים.

חיבורי אמנות

איור\(\PageIndex{1}\): האם אתה חושב שסחף גנטי יתרחש מהר יותר באי או ביבשת?

תשובה

סחף גנטי צפוי להתרחש מהר יותר באי, שם צפויות להתרחש אוכלוסיות קטנות יותר.

הערות שוליים

1. 1 א ג'יי טיפינג ואח ', "עדויות מולקולריות וגנאלוגיות לאפקט מייסד במשפחות אנמיה פנקוני של אוכלוסיית האפריקנרים בדרום אפריקה", PNAS 98, מס' 10 (2001): 5734-5739, doi: 10.1073/pnas.091402398.

רשימת מילים

אפקט צוואר בקבוק

הגדלת הסחף הגנטי כתוצאה מאירועי טבע או אסונות

אפקט מייסד

הגדלה של סחף גנטי באוכלוסייה קטנה הנודדת הרחק מאוכלוסיית הורים גדולה הנושאת עמה קבוצה לא מייצגת של אללים

זרימת גנים

זרימת האללים פנימה והחוצה מאוכלוסייה עקב נדידת פרטים או גמטות

תורמים וייחוסים

• Template:ContribOpenStaxConcepts