Dryf genetyczny - Polski Serwis Naukowy

Dryf genetyczny (dryft genetyczny, zjawisko Wrighta) jest podstawowym procesem neutralnej ewolucji. Proces ten polega na fluktuacji częstości neutralnego allelu genu w populacji, wynikające z losowego charakteru przekazywania genów przez rodziców potomstwu.

Dryf genetyczny jest czynnikiem ewolucyjnym pozbawionym charakteru przystosowawczego. Szybkość eliminacji oraz szybkość fiksacji allelu w populacji zależy od jej rozmiaru. Im mniejsza populacja, tym szybciej allel ulegnie eliminacji bądź zdominuje populację. Dlatego efekt dryfu genetycznego jest łatwiej obserwowalny w małych, izolowanych populacjach. Przypadkowa eliminacja bądź dominacja alleli jest też przyczyną zwiększenia homozygotyczności i zmniejszenia różnorodności populacji. W skrajnych przypadkach prowadzi do zwiększenia wsobności co jest przyczyną recesji genetycznej. Przeciwdziała temu mechanizm mutacji, który jest podstawowym elementem ewolucji biologicznej.

Dobór losowy – w statystyce taki dobór elementów z populacji do próby statystycznej, w którym wszystkie elementy populacji (przedmiotów, regionów, ludzi, itp.) mają równe szanse (takie samo prawdopodobieństwo) dostania się do próby.

Dobór naturalny (selekcja naturalna) – jeden z mechanizmów ewolucji biologicznej, prowadzący do ukierunkowanych zmian w populacji zwiększających ich przeciętne przystosowanie, czyli adaptację do warunków środowiskowych, poza okresem wymierania.

W szczególnych przypadkach gdy w dryfie genetycznym wystąpi efekt założyciela, może dojść do powstawania nowych gatunków.

Odkrywcą neutralnej ewolucji i dryfu genetycznego był japoński naukowiec Motoo Kimura.

Wyjaśnienie powstawania

W celu ilustracji można posłużyć się przykładem rzutów monetą - podczas prób orzeł i reszka wypadają z jednakowym prawdopodobieństwem. Jednak wykonanie tylko kilku rzutów z rzędu nie spowoduje, że liczba orłów będzie równa liczbie reszek. Te liczby będą się do siebie zbliżały dla większej liczby prób. Jako przykład można podać fakt, że dziesięć rzutów z rzędu spowoduje wylosowanie 70% orłów raz na około 6 prób. Jednakże wylosowanie 70% orłów w stu rzutach jest możliwe tylko raz na 25000 razy.

Fluktuacja, wahania przypadkowe - przypadkowe, nie dające się przewidzieć, odchylenia od wartości średniej zmiennej losowej (np. wielkości fizycznej) podlegającej stochastycznym zmianom w czasie i nie wykazujące żadnej tendencji.

Chów wsobny (ang. inbreeding) – inaczej kojarzenie krewniacze. Polega na kojarzeniu blisko spokrewnionych osobników. W naturalnych populacjach jest zwykle wynikiem zmniejszenia obszaru występowania zwierząt lub podziału większych populacji na mniejsze, izolowane. Chów wsobny w naturze nie jest zjawiskiem korzystnym – często prowadzi do ujawnienia niekorzystnych alleli recesywnych i zmniejszenia się różnorodności genetycznej populacji na skutek przyspieszonego dryftu genetycznego. Ostatnio zjawisko to dotyka nagminnie populacje zwierząt, występujące na obszarach odizolowanych wskutek gospodarczej działalności człowieka. Jednym z wielu gatunków zagrożonych chorobami genetycznymi w wyniku chowu wsobnego jest gepard.

Podobnie, w rozmnażającej się populacji, jeśli allel występuje z częstością p, to rachunek prawdopodobieństwa mówi, że w kolejnej generacji część p populacji odziedziczy ten szczególny allel. Jednakże, jak w przykładzie z monetą, występowanie alleli w prawdziwej populacji nie jest rozkładem dyktowanym przez prawdopodobieństwo, a raczej próbą losową podlegającą podobnym wahaniom statystycznym.

Gen (gr. γηνοσ – ród, pochodzenie) – podstawowa jednostka dziedziczności, która determinuje powstanie jednego polipeptydu lub kwasów rRNA lub tRNA.

Populacja biologiczna — zespół organizmów jednego gatunku żyjących równocześnie w określonym środowisku i wzajemnie na siebie wpływających, zdolnych do wydawania płodnego potomstwa. Nie jest to jednak suma osobników jednego gatunku, a zupełnie nowa całość.

Kiedy allele nie różnią się ze względu na swą zdatność do przetrwania (tj. nie wchodzi w grę dobór naturalny), to średnia liczba nosicieli allelu w generacji jest proporcjonalna do tej liczby w generacji poprzedniej. Jednak średnia nigdy nie jest osiągana, gdyż generacja poprzednia jest rodzicem tylko jednej generacji. Tym samym nie ma szans na statystyczne "wyrównanie" ewentualnych rozbieżności. Stąd częstość występowania allelu u potomków (p1) jest zwykle nieco inna niż u rodziców. Mówi się, że częstość alleli dryfuje. Należy zauważyć, że częstość występowania alleli w kolejnych generacjach będzie teraz oparta o p1.

Efekt założyciela jest szczególnym przypadkiem dryfu genetycznego występującym, gdy populacja w przeszłości przeszła przez stadium z bardzo niewielką liczbą osobników wskutek migracji niewielkiej liczby osobników na izolowaną wyspę. Przypadek spowoduje, że taka populacja będzie miała drastycznie odmienną i zubożoną pulę genetyczną w stosunku do populacji wyjściowej. Do podobnego efektu może dochodzić także wskutek gwałtownej redukcji liczby osobników w populacji, na przykład na skutek tępienia przez człowieka, katastrof sztucznych, czy też naturalnych (efekt wąskiego gardła). Pozostaje wtedy bardzo mała liczba osobników, które krzyżują się między sobą. Następnie dochodzi do wzrostu homozygotyczności, ujawniają się niekorzystne allele recesywne i defekty genetyczne. Populacja może odbudować swą pierwotną liczbę osobników, ale pod względem genetycznym nie będzie to już ta sama populacja. Efekt założyciela w populacjach ludzkich widać szczególnie dobrze w przypadku sekt religijnych - osobnicy w sektach rozmnażają się między sobą, co prowadzi do wzrostu homozygotyczności i ujawniania oraz powstawania chorób genetycznych[potrzebne źródło].

Ewolucja (łac. evolutio – rozwinięcie, rozwój) – ciągły proces, polegający na stopniowych zmianach cech gatunkowych kolejnych pokoleń wskutek eliminacji przez dobór naturalny lub sztuczny części osobników (genotypów) z bieżącej populacji.

Jak w przykładzie z monetą, liczebność populacji znacząco wpływa na dryf. Kiedy populacja jest mała dryf będzie większy.

Dodatkowym czynnikiem wpływającym na dryf są zdarzenia losowe (np. przypadkowe wyginięcie części populacji). Podobnie jak w poprzednim przypadku, gdy populacja jest duża, takie zdarzenie będzie miało mniejszy efekt.

Mechanizmy neutralne ewolucji, zostały po raz pierwszy zaproponowane przez Motoo Kimurę w jego neutralnej teorii ewolucji. Kimura wykazał, że allel który jest całkowicie neutralny ze względu na selekcję, tzn. nie niesie żadnej korzyści ani nie jest szkodliwy, może zdominować populację w wyniku całkowicie losowego procesu. Uważa się, że większość mutacji ma charakter neutralny.

Allel – jedna z wersji genu w określonym miejscu (locus) na danym chromosomie homologicznym. Allele tego samego genu różnią się jednym lub kilkoma nukleotydami. Występowanie więcej niż jednej wersji danego genu określa się jako polimorfizm. Dzięki zdegenerowaniu kodu genetycznego tylko część tych różnic przekłada się na różnice w budowie kodowanych białek. Powoduje to zróżnicowanie właściwości cząsteczek białka kodowanego przez różne allele tego samego genu.