Semleges mutációk és a genetikai sodródás
Mi a haszna? Hogy véletlen mutáció fordul kívülállók be nyertesek virágzó? Mi a fontosabb a alakulását - háború vagy együttműködés?
Book Aleksandra Markova és Helen Naimark beszél a legújabb kutatási eredményeket a molekuláris genetika és a paleontológusok, akik adnak választ ezekre és sok más kérdésre a módosítások a természet. Több ezer felfedezések Darwin óta megerősítette spekuláció alapítója az evolúció elmélete; Az új adatok nem rombolta az alapjait az evolúciós elmélet, hanem éppen ellenkezőleg, csak erősíti őket.
Könyv: Evolution. Klasszikus elképzelések fényében új felfedezések
Semleges mutációk és a genetikai sodródás - a mozgás szabályok nélkül
Semleges mutációk és a genetikai sodródás - a mozgás szabályok nélkül
Rátermettségtérkép - kép egy világos és hasznos, de mint minden modell, ez tökéletes. Sok szempontból az evolúciós folyamat ennek segítségével tükrözik a nehéz vagy lehetetlen. Valódi rátermettségtérkép változékony (bár, mint egy igazi hegységek). Ha az egyik fehérje a sejtben megváltozott, ez egy kicsit, de meg fogja változtatni a tulajdonságait a sejt, a viselkedés és a belső környezet - és így a „követelmények” kivetett kiválasztása más fehérjéket. Az rátermettségtérkép lesz egy kicsit más. A változás az egyik faj egy közösségben elkerülhetetlenül hatással lesz a kiválasztás a tényezők hatnak a másik, és így tovább. D.
Ezen kívül, nehéz elképzelni, hogy egy ilyen táj, amely pontosan tükrözi a valós mérleg káros, hasznos és semleges mutációk. Általános szabály, hogy a legtöbb mutáció semleges - legalábbis a magasabb rendű szervezetek, amelyeknek a genomja eukarióták sok területen kevés hatása van fitness. A második legtöbb káros mutációk, az utolsó - hasznos. Nem könnyű elképzelni egy ilyen lejtő alakja, hogy az adott ponttól több különböző módon, a horizonttal párhuzamosan, mint a vezető utak felfelé vagy lefelé. De az igazi valós táj lejtőin fitness a következő.
Semleges mutációk - a definíció szerint azok a mutációk, amelyek nem érintik az alkalmassági, vagy, ami ugyanaz, nincsenek kitéve az intézkedés a kiválasztás. Ideje, hogy jobban megismerjék a leggyakoribb természetben előforduló mutációkat osztályban. Felejtsük el egy kicsit a rátermettségtérkép és viszont egy másik modell, amely leírja a folyamatokat előforduló genetikai variánsok (allél) egy populáció.
Tegyük fel, hogy van egy kis populáció myumzikov 40 magánszemélyek. Az egyszerűség kedvéért feltételezzük, hogy myumziki haploid. .. Azaz, egyetlen kromoszómák - egy edinstvennny kópiája, kettő helyett, mint mi van veled, diploid szervezetek. Miután betöltötte egy évben minden myumzik szül több borjú, majd azonnal meghal az idős kor. Minden fiatal ugyanaz, de lehet túlélni csak 40 - több myumzikov egyszerűen nem illik a régi vas hordó alján a tó, ahol a vizsgált populáció él. Halálozási fiatal baleset - pontosan 40 véletlenszerűen kiválasztott luckies felnövünk és utódokat egy év alatt.
Mivel mortalitás véletlen alkalmazkodóképességének myumzikov meghatározva csak a termékenységet, t. E. A kölykök száma. Termékenység függ a genotípus. Tegyük myumzika van egy gén, amely befolyásolja a termékenységet. Jelölje meg a levelet A. By the way, nem nevetni: ez a modell igen alkalmas a tanulmány néhány jogszabályok populációgenetika.
Miután az összes myumzikov csak egy volt variáns (alléi) a gén A. Jelöljük A1. De aztán egy egyedi mutáció történt, és ennek eredményeként volt egy másik változata a gén - allél A2. Mondjuk (ismét az egyszerűség kedvéért), ami a népesség, elkezdtük a vizsgálatot, félig myumzikov A gént bevezette az első lehetőség, a másik fele - a második. Így, az A2 allél gyakorisága egyenlő 0,5 (q2 = 0,5), és a frekvencia az A1 allél azonos (q1 = 0,5).
Meg kell válaszolni a kérdésre: hogyan változik az idő múlásával, a gyakorisága allél A2. ha a mutáció, amely oda vezetett, hogy megjelenése semleges volt?
Ha egy mutáció semleges volt, majd a termékenység mindkét allél azonos tulajdonosok. Tegyük fel, hogy minden szülni pontosan tíz kölykök. Természetesen az utód örökli a szülő allél A.
Úgy tűnhet, hogy ha allél azonos fitness, maradnak egyaránt. Ez rossz válasz. Ábra [lásd. alábbiakban] eredményét mutatja négy bevezetések a modell. Láthatjuk, hogy a gyakorisága A2 mind a négy esetben véletlenszerűen változhat (tudományosan ilyen rezgések csak úgynevezett bolyongásokra). Walk folytatódik mindaddig, amíg a allél gyakorisága felütközik akár a felső „pont nincs visszatérés» (q2 = 1, az allél gyakorisága elérte a 100%, az allélt rögzített a génállomány) vagy az alsó (q2 = 0, a frekvencia nullára csökkent, az A allél kiesett a génállomány).
Ez történik mindig. Ha az alléi a semleges, annak gyakorisága lesz „véletlenszerűen vándorol” nulla és egy közötti, amíg felütközik akár a felső, vagy az alsó határ. Előbb vagy utóbb, egy semleges allél vagy zárak (eléri a gyakorisága 1), vagy megszűnt - eltűnik a génállomány. Nincs középút. Így jár, bár a véletlen, az eredmény kiszámítható. Tudjuk, hogy ez lesz a vége akár rögzítés vagy megszüntetését. Minél nagyobb a népesség, az átlagosan már nem kell kivárni. [17] de ez még mindig elkerülhetetlen.
Itt az ideje, hogy azt mondják, hogy véletlenszerű, független változások fitness allélgyakoriság nevezik genetikai sodródás. Felügyelete alatt a drift mind semleges mutációk (és részben is ártalmas hasznos kis populációk, de erről bővebben később).
Vajon ki lehet számítani a valószínűsége, hogy egy semleges allél végül fix, de nem szűnik meg? Igen, ez egyszerű. A mi példánkban, allélek A1 és A2 kezdetben egyenlő helyzetben, mert mind a frekvencia 0,5. Nyilvánvaló, hogy ebben a helyzetben az esélye, hogy rögzítsük ezeket meg kell egyeznie, és egyenlő 0,5. Az esetek felében a zár A1, A2 megszűnik, részben - éppen ellenkezőleg.
Nos, ha a versengő semleges allél, kettő helyett, mondjuk, négy és kezdeti frekvencia ők is ugyanazt a (0.25)? Ebben az esetben, akkor vége rögzítéséről az egyik allél és a felszámolását a másik három, és minden egyes allél megtelepedésének valószínűsége 0,25. Ezért nyilvánvaló, hogy a valószínűsége rögzítésének semleges mutációk a jövőben egyszerűen egyenlő a frekvencia abban a pillanatban: Pfix = q.
Ha, kedves olvasók, még nem fáradt ez a primitív matematika, hadd mutassam be két egyszerű, érdekes és hasznos képleteket.
Hány semleges mutációk fogja meghatározni a populáció minden generáció? (Ez arra utal, hogy a mutáció nem egy és ugyanaz, de különböző gének). Ha tudjuk kitalálni, kapsz egy csodálatos eszköz - egy molekuláris óra. Akkor számának semleges genetikai változatosság meghatározni, amikor az utolsó közös őse az élő szervezetek képest.
A levezetés ezen formula - egy igazi mestermű „biológiai matematika.” Bíró magadnak. Nézzük először meghatározni, hogy hány új mutációk jelennek meg a lakosság minden generációnak. Az egyszerűség kedvéért, hogy a legtöbb mutáció semleges (nem messze az igazságtól). A válasz nyilvánvaló: U. N, ahol U - az arány a mutagenezis (átlagos száma új mutációk minden egyes újszülött), N - populáció mérete. U meg tudja határozni, egyszerűen összehasonlításával genomját szülők és gyermekek.
Most kell, hogy kitaláljuk, mi része a U. N korábban nem azonosított mutációk végül pattan. Ez lesz az ismeretlen mennyiség - a kamatfixálási semleges mutációk a génállomány a lakosság egy generáció. Jelöljük meg a levelet V.
Azt már tudjuk, hogy a valószínűsége rögzítésének mutációk megegyezik a jelentése: Pfix = q. Milyen gyakorisággal az újonnan kialakuló mutációk? Ez elég egyszerű. Mivel a mutáció már megjelent, de még mindig csak egyetlen egyén. Ezért a frekvencia 1 / N. Ez minden. Szorozza meg az új mutációk megtelepedésének valószínűsége mindegyikük (azaz egy töredéke mutációk, amelyek végül zárva ..), és kap választ: V = U. N. 1 / N. Ez elképesztő! A lakosság a varázslatosan zsugorodik, és az N értéke az egyenletből. Arra a következtetésre jutottunk, hogy a ráta rögzítése semleges mutációk nem függ a méretétől és egyszerűen mutagenezis sebesség: V = U. Nem tudom, mi van, kedves olvasók, és a biológusok voltak ragadtatva az ilyen szépséget.
Mi maradt egy lépés, hogy a molekuláris óra. Miután két faj leszármazottai egy közös őstől, osztottuk a saját génállományok függetlenül semleges mutációk felhalmozódnak. A t idő (mért generáció) első faj felhalmozódnak V. t = U. t semleges mutációkat, és a második faj felhalmozódnak annyi. Együtt fognak felhalmozni 2U. t semleges különbségek egymástól. Ismerve az arány mutagenezis U és megszámoljuk a különbség a genomok a vizsgált fajok (betűvel jelöljük D), meghatározza a élettartama az utolsó közös ős: t = D / 2U. Ez egy jól ismert molekuláris óra.
Ha mutációjával ütemét és a változás sebessége generációk azonos volt minden élőlény, akkor lett volna elég egyszerű. De természetesen nem azonos, így a számítás kell módosítani. És akkor ott van a telítettség probléma egy bizonyos ponton - általában miután egy tucat, és gyakran több száz millió év - az elkülönített gének, ha a faj, így a „túlzsúfolt” semleges különbségek D megszűnik növekedni, bár semleges mutációk is rögzíteni kell. Az alábbiakban látni fogjuk, egy példát tanulmány bizonyította, hogy a szint közötti hasonlóság „véletlenül vándor” szekvenciák közel, a lehető legkisebbre, és további csökkenés nem tudott.
Szerencsére, a különböző genomi régiókban halmozódnak semleges változások nagyon eltérő sebességgel. [18] Gyorsan változó szakaszok DNS használt társkereső közelmúlt eseményeinek, és az, hogy lassan változik, jó társkereső események ókorban.