ГЕННЫЙ ПОТОК: МЕХАНИЗМ, ПОСЛЕДСТВИЯ И ПРИМЕРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Поток генов или потока генов, в биологии, относится к движению генов из одной популяции в другую. Обычно этот термин используется как синоним миграционного процесса - в его эволюционном смысле.

В своем обычном использовании миграция описывает сезонное перемещение людей из одного региона в другой в поисках лучших условий или в репродуктивных целях. Однако для эволюционного биолога миграция подразумевает перенос аллелей набора генов между популяциями.

Источник: Джессика Крюгер, из Wikimedia Commons.

В свете популяционной генетики эволюция определяется как изменение частот аллелей во времени.

Следуя принципам равновесия Харди-Вайнберга, частоты будут меняться всякий раз, когда есть: отбор, мутация, дрейф и поток генов. По этой причине поток генов считается очень важной эволюционной силой.

Механизмы потока генов

Механизмы и причины, вызывающие перемещение генов в популяции, тесно связаны с характеристиками, присущими исследуемой группе. Это может произойти из-за иммиграции или эмиграции определенных людей в репродуктивном состоянии, или это может быть результатом движения гамет.

Например, одним из механизмов может быть случайное расселение молодых форм какого-либо вида животных в отдаленные популяции.

В случае с растениями механизмы легче подобрать. Гаметы растений транспортируются по-разному. Некоторые линии используют абиотические механизмы, такие как вода или ветер, которые могут переносить гены в отдаленные популяции.

Точно так же происходит биотическое распространение. Многие плодоядные животные участвуют в распространении семян. Например, в тропиках птицы и летучие мыши играют решающую роль в распространении растений, имеющих большое значение для экосистем.

Другими словами, скорость миграции и поток генов зависят от способности к расселению исследуемой линии.

Миграция и равновесие Харди-Вайнберга

Чтобы изучить влияние миграции на равновесие Харди-Вайнберга, модель острова часто используется в качестве упрощения (модель миграции остров-континент).

Поскольку население острова относительно невелико по сравнению с населением материка, любой перенос генов с острова на материк не влияет на частоты генотипов и аллелей на материке.

По этой причине поток генов будет иметь эффект только в одном направлении: с материка на остров.

Различаются ли частоты аллелей?

Чтобы понять влияние миграционного события на остров, рассмотрим гипотетический пример локуса с двумя аллелями A ₁ и A ₂ . Мы должны выяснить, вызывает ли перемещение генов на остров изменение частот аллелей.

Предположим, что частота аллеля A ₁ равна 1, что означает, что он зафиксирован в популяции, в то время как в континентальной популяции зафиксирован аллель A ₂ . До созревания особей на острове к нему мигрируют 200 особей.

После потока генов частоты изменятся, и теперь 80% будут «родными», а 20% - новыми или континентальными. На этом простом примере мы можем продемонстрировать, как движение генов приводит к изменению частоты аллелей - ключевой концепции эволюции.

Последствия потока генов

Когда существует заметный поток генов между двумя популяциями, одним из наиболее интуитивных последствий является то, что этот процесс отвечает за размытие возможных различий между обеими популяциями.

Таким образом, поток генов может действовать в противоположном направлении по отношению к другим эволюционным силам, которые стремятся поддерживать различия в составе генетических резервуаров. Как, например, механизм естественного отбора.

Второе следствие - распространение полезных аллелей. Предположим, что в результате мутации возникает новый аллель, который дает определенное селективное преимущество его носителям. Когда происходит миграция, новый аллель переносится в новые популяции.

Поток генов и концепция видов

Биологическая концепция видов широко известна и, безусловно, наиболее широко используется. Это определение соответствует концептуальной схеме популяционной генетики, поскольку включает генофонд - единицу, в которой изменяются частоты аллелей.

Таким образом, по определению, гены не переходят от одного вида к другому - нет потока генов - и по этой причине виды демонстрируют определенные характеристики, позволяющие их дифференцировать. Следуя этой линии идей, поток генов объясняет, почему виды образуют «кластер» или фенетическую группу.

Более того, прерывание потока генов имеет решающие последствия для эволюционной биологии: в большинстве случаев оно приводит к событиям видообразования или образованию новых видов. Поток генов может быть прерван различными факторами, такими как наличие географического барьера, предпочтения на уровне ухаживания, среди других механизмов.

Верно и обратное: наличие потока генов способствует тому, что все организмы в регионе остаются одним видом.

пример

Миграция змеи Nerodia sipedon - это хорошо задокументированный случай переноса генов от континентальной популяции на остров.

Вид полиморфен: он может иметь значительную полосчатую окраску или вообще не иметь полос. В упрощенном виде окраска определяется одним локусом и двумя аллелями.

В общем, змеи континента характеризуются узором полос. Напротив, те, кто населяет острова, ими не обладают. Исследователи пришли к выводу, что морфологические различия связаны с различным давлением отбора, которому подвергается каждый регион.

На островах люди склонны загорать на поверхности скал у берега пляжа. Было показано отсутствие полос для облегчения маскировки на скалах островов. Эту гипотезу можно проверить с помощью экспериментов по мечению и повторной поимке.

По этой адаптивной причине мы ожидаем, что население острова будет состоять исключительно из несвязанных организмов. Однако это не так.

С каждым поколением с континента приходит новая группа полосатых организмов. В этом случае миграция действует как сила против отбора.

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. Солер, М. (2002). Эволюция: основы биологии. Южный проект.