ЭФФЕКТ УЧРЕДИТЕЛЯ: ИЗ ЧЕГО ОН СОСТОИТ И ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

В биологии эффект основателя - это явление, которое включает изоляцию небольшой группы людей от большей популяции. Когда количество особей увеличивается, генофонд может не быть точным отражением популяции, которая их породила.

Вариация генофонда по сравнению с исходной популяцией и уменьшение изменчивости в популяции в некоторых случаях приводит к увеличению частоты рецессивных аллелей спельты.

Источник: Founder_effect.png: Пользователь: Qz10Производная работа: Zerodamage (Этот файл был получен из: Founder effect.png :), через Wikimedia Commons

По этой причине в медицинской литературе есть лучшие примеры эффекта основателя, когда небольшие человеческие популяции колонизировали новые среды.

Когда эти популяции увеличиваются в размерах, их генофонд отличается от популяции, а также значительно увеличивается доля вредоносных аллелей. Самый известный пример - амиши.

Ген или генетический дрейф

Дрейф генов - это концепция, которая тесно связана с эффектом основателя.

Среди механизмов, вызывающих эволюционные изменения, есть естественный отбор и генетический дрейф. Последнее вызывает изменение частот аллелей в популяции в результате случайных событий.

Дрейф генов происходит во всех популяциях, но имеет более выраженный эффект и быстрее действует в небольших популяциях. В больших популяциях события, которые происходят случайно, существенно не влияют на генофонд.

Таким образом, существует две причины или примеры дрейфа генов: эффект «узкого места» популяции и эффект основателя. Некоторые авторы рассматривают эффект основателя как частный случай узкого места.

Примеры дрейфа генов

Это событие происходит из-за «ошибки выборки». Предположим, у нас есть пакет с 200 фасолью: 100 белых и 100 черных. Если я извлечу 10 бобов, возможно, по чистой случайности я получу 6 белых и 4 черных, а не ожидаемую пропорцию: 5 и 5. Таким образом дрейф работает.

Теперь мы можем экстраполировать этот пример на царство животных. Предположим, у нас есть популяция млекопитающих с особями с белым мехом и другими с черным мехом.

По чистой случайности воспроизводятся только черноволосые - какое-то случайное событие помешало воспроизведению белошерстных конечностей. Это стохастическое изменение частот аллелей и есть дрейф генов.

В природе это может произойти из-за экологической катастрофы: лавина уничтожила большую часть белошерстных млекопитающих.

Когда возникает эффект основателя?

Эффект основателя возникает, когда несколько особей изолируются от «матери» или исходной популяции и формируют новую популяцию между собой. Новые колонизаторы могут состоять из одной пары или одной осемененной самки - как в случае насекомых, которые могут накапливать сперму.

Популяции различных животных, которые сегодня обитают на островах, являются потомками нескольких колонизаторов, пришедших на эти территории случайным образом.

Если новая популяция будет быстро расти и достигнуть значительного размера, частота аллелей, вероятно, не будет сильно отличаться от той популяции, которая их породила, хотя некоторые редкие аллели (например, вызывающие заболевание или опасное состояние) были переданы основатели.

Если колония остается небольшой, дрейф генов работает путем изменения частот аллелей. Небольшой размер колонизирующей популяции в некоторых случаях может привести к потере генетической изменчивости и гетерозиготности.

Кроме того, необходимо учитывать, что в небольших популяциях вероятность спаривания двух родственников выше, что увеличивает уровень кровного родства.

Эффект основателя в лаборатории

В середине 1950-х годов два исследователя, Добжанский и Павловский, экспериментально продемонстрировали эффект основателя. План состоял из запуска контролируемых популяций двукрылых Drosophila pseudoobscura.

Род Drosophila - главный герой широкого спектра экспериментов в биологических лабораториях, благодаря простоте выращивания и короткому промежутку времени между поколениями.

Эта популяция началась с другой, которая несла определенную хромосомную перестройку третьей хромосомы с частотой 50%. Таким образом, было два типа популяций: одни большие, начиная с 5000 особей, а другие - только с 20.

Примерно через 18 поколений (примерно через полтора года) средняя частота хромосомных перестроек составила 0,3 в обеих популяциях. Однако диапазон вариаций был намного больше в небольших популяциях.

Другими словами, изначально популяции с низким числом основателей генерировали значительные различия между популяциями с точки зрения частот изучаемых перегруппировок.

Источник: Автор Bbski, из Wikimedia Commons.

Пример в человеческих популяциях

Эффект основателя - это явление, которое можно применить к человеческим популяциям. Фактически, это событие колонизации объясняет высокую частоту наследственных заболеваний в небольших изолированных популяциях.

Миграции на малые острова

В начале 19 века чуть более десятка особей из Англии перебрались на остров, расположенный в Атлантическом океане. Эта группа людей начала свою жизнь на острове, где они воспроизвели и создали новую популяцию.

Предполагается, что один из первых «основателей» был носителем рецессивного аллеля для состояния, которое влияет на зрение, называемого пигментным ритинитом.

В 1960 году, когда популяция уже достигла гораздо большего числа членов - 240 потомков, - четверо из них страдали от вышеупомянутого состояния. Эта пропорция примерно в 10 раз больше, чем население, давшее начало основателям.

Амишей

Амиши - это религиозная группа, которая, помимо того, что известна своим простым образом жизни и далеким от современных удобств, отличается высокой долей рецессивных вредных аллелей. В 18 веке небольшая группа людей мигрировала из Германии в Швейцарию, а оттуда в Соединенные Штаты Америки.

Среди очень распространенных гомозиготных патологий у амишей выделяются карликовость и полидактилия - состояние, при котором люди рождаются с более чем пятью пальцами.

По оценкам, 13% населения являются носителями рецессивного аллеля, вызывающего это пагубное состояние. Чрезвычайно высокие частоты, если сравнивать их с человеческой популяцией, которая их породила.

Источник: Gadjoboy с сайта flickr.com - https://www.flickr.com/photos/gadjoboy/, через Wikimedia Commons

Ссылки

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Биология: наука и природа. Pearson Education.
2. Кертис, Х., и Шнек, А. (2006). Приглашение к биологии. Panamerican Medical Ed.
3. Фриман, С., и Херрон, Дж. К. (2002). Эволюционный анализ. Прентис Холл.
4. Футуйма, диджей (2005). Эволюция. Sinauer.
5. Хикман, С.П., Робертс, Л.С., Ларсон, А., Обер, В.К., и Гаррисон, К. (2001). Интегрированные принципы зоологии (Том 15). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.
6. Майр, Э. (1997). Эволюция и многообразие жизни: Избранные очерки. Издательство Гарвардского университета.
7. Райс, С. (2007). Энциклопедия эволюции. Факты о файле.
8. Рассел П., Герц П. и Макмиллан Б. (2013). Биология: динамическая наука. Nelson Education.
9. Солер, М. (2002). Эволюция: основы биологии. Южный проект.