遗传漂移：原因，影响，实例 - 生物学 - 2024

的遗传漂变或基因是导致波动或变化纯粹随机等位基因频率在群体中随机进化机制。

查尔斯·达尔文（Charles Darwin）的自然选择和基因漂移是种群进化变化涉及的两个最重要的过程。与自然选择相反，自然选择被认为是确定性和非随机过程，基因漂移是一个过程，被证明是群体中或单倍型等位基因频率的随机波动。

来源：Anjile，来自Wikimedia Commons

基因漂移导致非适应性进化。实际上，自然选择而不是遗传漂移是用于解释生物在不同层次（解剖，生理或伦理学）的所有适应的唯一机制。

这并不意味着基因漂移并不重要。在DNA和蛋白质序列差异之间的分子水平上，观察到了这种现象最显着的后果之一。

历史

基因漂移理论是由一位著名生物学家和遗传学家Sewal Wright在1930年代初期提出的。

同样，木村元夫在这一领域的贡献也非常出色。这位研究人员领导了分子进化的中性理论，他揭示了基因漂移的影响对DNA序列水平的进化具有重要作用。

这些作者设计了数学模型来了解基因漂移如何在生物种群中起作用。

原因

基因漂移的原因是随机现象-即随机现象。根据种群遗传学，进化被定义为种群等位基因频率随时间的变化。漂移会通过称为“采样误差”的随机事件导致这些频率发生变化。

基因漂移被认为是抽样误差。每一代所包含的基因是上一代所携带基因的样本。

任何样品在取样中都会出错。也就是说，我们在样本中发现的不同项目的比例可能会因偶然的机会而发生变化。

假设我们有一个袋子，里面有50个白筹码和50个黑筹码。如果我们取其中的10个，也许是偶然地得到4个白色和6个黑色。或7白色和3黑色。理论上的期望值（每种颜色的5和5）与实验得出的值之间存在差异。

效果编辑

基因漂移的影响被证明为种群等位基因频率的随机变化。正如我们提到的，当变化的特征与适应性之间没有关系时，就会发生这种情况。随着时间的流逝，等位基因最终将被固定或从种群中丢失。

在进化生物学中，适应性一词被广泛使用，是指生物体繁殖和生存的能力。参数在0到1之间变化。

因此，随漂移而变化的特征与个体的繁殖和生存无关。

等位基因的丧失导致基因漂移的第二个作用：群体中杂合性的丧失。某个基因座处的变异将减少，最终将丢失。

我们如何计算等位基因丢失或固定的概率？

等位基因在群体中固定的概率等于研究时的频率。替代等位基因的附着频率为1-p。其中p等于等位基因频率。

该频率不受等位基因频率变化的先前历史影响，因此也无法基于过去进行预测。

相反，如果等位基因是通过突变产生的，则其固定概率为p = 1/2N。其中N是人口总数。这就是为什么通过突变出现的新等位基因更容易在小种群中修复的原因。

读者必须说明当分母较小时p的值将如何影响。从逻辑上讲，可能性将增加。

因此，基因漂移的影响在较小的人群中进行得更快。在二倍体种群（两组染色体，如人类）中，平均每4 N代发生一次新等位基因的附着。时间随着人口中N的增加成比例增加。

来源：marginalia教授，来自维基共享资源

有效人口数

前面的等式中出现的N并不表示与构成总体的个体数相同的值。换句话说，它不等同于生物普查。

在种群遗传学中​​，使用“有效种群数”（Ne）参数，该参数通常小于所有个体。

例如，在某些社会结构仅由少数男性主导的人群中，有效人口数量非常低，因为这些优势男性的基因贡献不成比例-如果将它们与其他男性进行比较。

因此，如果进行人口普查，基因漂移发生的速度（以及杂合性丧失的速度）将比预期的要大，这是因为种群要比看起来的要小。

如果在一个假设的种群中，我们算出20,000个个体，但是只有2,000个繁殖，那么该种群的有效数量就会减少。而且并非所有生物都在种群中发生的这种现象广泛分布于自然种群中。

瓶颈和创始人效应

正如我们提到的（并通过数学方式证明），漂移发生在少数人群中。不那么频繁的等位基因丢失的可能性更大。

这种现象在人们经历称为“瓶颈”的事件后很普遍。当某些不可预见或灾难性事件（例如，暴风雪或雪崩）导致大量人口被消灭时，就会发生这种情况。

直接的影响是种群遗传多样性的减少，基因库或基因库的大小减少。

瓶颈的一个特例是创始人效应，少数人与最初的群体分离并孤立地发展。在后面的示例中，我们将看到这种现象的后果。

来源：Anjile，来自Wikimedia Commons

在DNA水平上的作用：分子进化的中性理论

木村元夫提出了分子进化的中性理论。在该研究人员提出想法之前，Lewontin&Hubby已经发现，酶水平的高比例变异并不能积极维持所有这些多态性（变异）。

木村总结说，这些氨基酸的变化可以用基因漂移和突变来解释。他得出结论，在DNA和蛋白质水平上，基因漂移机制起着根本作用。

术语“中性”是指这样的事实：设法修复（达到1的频率）的大多数碱基取代在适应性方面是中性的。因此，由漂移引起的这些变化没有适应性意义。

为什么会有中性突变？

有些突变对个体的表型没有影响。用于构建和开发新生物的所有信息均以DNA加密。该编码在翻译过程中被核糖体破译。

遗传密码在“三胞胎”（三个字母一组）中读取，每三个字母编码一个氨基酸。然而，遗传密码是简并的，表明存在不止一个密码子编码相同的氨基酸。例如，密码子CCU，CCC，CCA和CCG均编码氨基酸脯氨酸。

因此，如果CCU序列变为CCG，则翻译产物将是脯氨酸，并且蛋白质序列中将没有修饰。

类似地，该突变可以变为化学性质变化不大的氨基酸。例如，如果丙氨酸变为缬氨酸，则对蛋白质功能的影响可能是觉察不到的。

请注意，这并非在所有情况下都是有效的，如果在一部分蛋白质中发生了功能改变所必需的部分（例如酶的活性位点），则对适应性的影响可能非常显着。

例子

假设的例子：蜗牛和牛

想象一下蜗牛和牛共存的草地。在蜗牛种群中，我们可以区分两种颜色：黑壳和黄壳。蜗牛死亡率的决定性因素是母牛的脚印。

但是，请注意，如果将蜗牛踩在上面，则它不取决于外壳的颜色，因为它是随机事件。在这个假设的示例中，蜗牛种群以相等比例的颜色开始（50只黑色蜗牛和50只黄色蜗牛）。对于奶牛，消除6个黑色，仅消除2个黄色，颜色比例将发生变化。

同样，可能在接下来的事件中，黄色的比例更大，因为颜色和被压碎的可能性之间没有关系（但是，没有“补偿”效应的类型）。

蜗牛的比例会随着时间变化吗？

在此随机过程中，黑色和黄色贝壳的比例会随着时间而波动。最终，其中一个壳将达到以下两个限制之一：0或1。

当达到的频率为1时-假设对于黄壳等位基因-所有蜗牛都是这种颜色。而且，我们可以猜到，黑壳的等位基因将丢失。

再次拥有该等位基因的唯一方法是种群是通过迁移或突变进入的。

基因漂移行动：猎豹

基因漂移现象可以在自然种群中观察到，最极端的例子是猎豹。这些快速而时尚的猫科动物属于Acinonyx jubatus物种。

大约在一万年前，猎豹和其他大型哺乳动物种群经历了一次极端灭绝事件。这一事件在猎豹种群中造成了“瓶颈”，只有少数人幸存。

更新世灾难性现象的幸存者引起了今天的所有猎豹。漂移的影响，再加上近交，几乎使种群完全同质。

实际上，这些动物的免疫系统在所有个体中实际上是相同的。如果出于任何原因，其中一个成员需要器官捐赠，那么他们的任何同事都可以这样做而不会导致任何拒绝的可能性。

捐赠是经过仔细执行的程序，有必要抑制接收者的免疫系统，以使其不会攻击“外部媒介”，即使它来自非常亲密的家庭成员，也就是兄弟或孩子。

人口示例：阿米什人

瓶颈和创始人效应也出现在当前的人群中，并且在医学领域具有非常相关的后果。

阿米什人是一个宗教团体。它们的特点是生活方式简单，不受技术和其他现代便利的影响，此外还携带极高的疾病和遗传病理频率。

大约200个殖民者从欧洲到达美国宾夕法尼亚州，并开始在这些成员中繁殖。

据推测，在定居者中有常染色体隐性遗传疾病的携带者，包括埃利斯-范克雷维尔德综合征。该综合征的特征是侏儒症和多指（手指数量多，大于五位数）。

该病在最初的人群中以0.001的频率出现，并显着增加到0.07。

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