Care este utilizarea? Cum aleatoare mutație se transformă în afară câștigători prospere? Ceea ce este mai important pentru evoluția - război sau cooperare?
Book Aleksandra Markova și Helen Naimark vorbește despre cele mai recente descoperiri de cercetare de genetica moleculara si paleontologii care dau răspunsuri la aceste și multe alte întrebări cu privire la modificările de natură. Mii de descoperiri făcute de la Darwin, a confirmat fondatorii speculații ale teoriei evoluției; noile date nu a distrus bazele teoriei evoluției, ci dimpotrivă, doar să le întărească.
Book: Evolution. idei clasice în lumina noilor descoperiri
mutații neutre și derivația genetică - mișcarea fără reguli
mutații neutre și derivația genetică - mișcarea fără reguli
Fitness peisajului - imaginea unui luminoase și util, dar ca orice model, este imperfect. Multe aspecte ale procesului evolutiv, cu ajutorul ei reflecta dificil sau imposibil. peisaj de fitness Real este schimbătoare (deși, ca un adevarat lanțuri muntoase). În cazul în care o proteină din celula sa schimbat, este un pic, dar se va schimba proprietățile celulei, comportamentul și mediul intern - și, astfel, „cerințele“ impuse selectarea altor proteine. peisaj de fitness lor va deveni un pic diferit. Schimbarea unei specii într-o comunitate va afecta în mod inevitabil selectarea factorilor care acționează pe de altă parte, și așa mai departe. D.
În plus, este dificil de imaginat un astfel de peisaj, care tocmai s-ar reflecta echilibrul real al mutațiilor dăunătoare, benefice și neutre. De regulă, cele mai multe mutatii sunt neutre - cel puțin în organismele superioare, eucariotele ale căror genomuri în multe domenii, are un efect redus asupra fitness. Al doilea cel mai mare număr de mutații dăunătoare, ultima - util. Nu este ușor să ne imaginăm o astfel de formă pantă, care de la fiecare punct a fost mai multe moduri diferite, paralele la orizont decât căile de conducere în sus sau în jos. Dar reale pante peisaj reale de fitness este după cum urmează.
mutații neutre - este, prin definiție, aceste mutații care nu afectează caracterul adecvat, sau ceea ce este același lucru, nu sunt supuse acțiunii de selecție. Timpul pentru noi pentru a deveni mai bine familiarizat cu cele mai comune clasa mutații care apar în mod natural. Să ne uităm pentru o vreme despre peisajul de fitness și rândul său, la un alt model, care descrie procesele care au loc variante genetice (alele) într-o populație.
Să presupunem că avem o myumzikov mică populație de 40 de persoane. Pentru simplificare, presupunem că haploide myumziki. .. Adică, au un singur set de cromozomi - o copie edinstvennny a genomului, în loc de două, așa cum avem cu voi, organisme diploide. După ce a ajuns la vârsta de un an, fiecare myumzik dă naștere la mai mulți viței, și apoi moare imediat de bătrânețe. Toți tinerii sunt la fel, dar ele pot supraviețui în doar 40 - mai multe myumzikov pur și simplu nu se încadrează în țeava de fier vechi de la fundul lacului, în cazul în care trăiește populația de studiu. Mortalitatea tinerilor accident - exact 40 Luckies selectate aleatoriu să devină adulți și să producă urmași într-un an.
Deoarece mortalitatea adaptabilitatea accidentale myumzikov determinată doar de fecunditate lor, t. E. Numărul puilor. Fecunditate depinde de genotip. Să presupunem că myumzika există o genă care influențează fertilitatea. Am nota cu litera A. Apropo, nu râde: acest model este destul de potrivit pentru studiul unora dintre legile geneticii populației.
După ce toate myumzikov a fost doar o singură variantă (alela) a genei de A. Notăm A1. Dar, apoi, o mutație individuală a avut loc, și ca urmare a existat o a doua versiune a genei - A2 alela. Să presupunem că (din nou, din motive de simplificare), care, în populația noastră, am început studiul său, jumătate myumzikov a fost introdusă o genă prima opțiune, cealaltă jumătate - a doua. Astfel, frecvența alelei A2 este egal cu 0,5 (q2 = 0,5) și frecvența alelei A1 este aceeași (q1 = 0,5).
Trebuie să răspundem la întrebarea: cum se va schimba în timp, frecvența A2 alele. în cazul în care mutația care a condus la apariția ei a fost neutru?
Odată ce o mutatie a fost neutru, atunci fertilitatea ambelor alele ale acelorași proprietari. Să presupunem că ei toți dau naștere exact zece pui. Desigur, puii moștenește alela-mamă A.
Poate părea că, odată ce alele au aceeași sala de fitness, acestea vor rămâne la fel. Acesta este răspunsul greșit. Figura [vezi. de mai jos] arată rezultatul a patru lansări ale modelului nostru. Putem vedea că frecvența A2, în toate cele patru cazuri, sunt variate în mod aleatoriu (astfel de punct de vedere științific oscilații doar numite plimbări aleatorii). Walk continuă atâta timp cât frecvența alelelor reazemă fie „punctul de sus fără întoarcere» (q2 = 1, frecvența alelelor a ajuns la 100%, alela a fost fixată în fondul genetic) sau inferior (q2 = 0, frecvența a scăzut la zero, alela a fost eliminată din fondul genetic).
Se întâmplă întotdeauna. În cazul în care alela este neutru, frecvența va fi „umbla la întâmplare“, între zero și unu, atâta timp cât acesta se mărginește fie superioară sau limita inferioară. Mai devreme sau mai târziu, o alelă neutră sau încuietori (pentru a ajunge la o frecvență de 1), sau eliminate - vor dispărea din fondul genetic. Nici o cale de mijloc. Astfel, plimbări, deși accidentală, rezultatul este previzibil. Noi știm că se va termina, fie de fixare sau de eliminare. Cu cat mai mare populatie, au, în medie, mai mult să aștepte rezultatul [17]. dar este încă inevitabilă.
Este timpul să spunem că aleatoare, independent de modificări în sala de fitness a frecvențelor de alele sunt numite derivei genetice. Sub autoritatea driftului sunt toate mutațiile neutre (și, parțial, de asemenea, dăunătoare benefice în populații mici, dar mai mult pe care mai târziu).
Este posibil să se calculeze probabilitatea ca o alela neutră în cele din urmă să fie stabilită, dar nu a eliminat? Da, e simplu. In exemplul nostru, alele A1 și A2 sunt inițial într-o poziție egală, deoarece atât frecvența a fost de 0,5. Evident, în această situație, șansele de fixare a acestora ar trebui să fie la fel și egal la 0,5. În jumătate din încuietorile A1, A2 este eliminat, parțial - dimpotrivă.
Ei bine, dacă să zicem concurente alele neutre, în loc de două, patru și frecvența inițială au, de asemenea, același (0,25)? În acest caz, se va termina fixarea una dintre alelele și eliminarea celorlalte trei, și pentru fiecare probabilitate de fixare alelă este de 0,25. Astfel, este evident că probabilitatea de fixare a mutațiilor neutre, în viitor, pur și simplu egală cu frecvența sa în acest moment: Pfix = q.
Dacă, dragi cititori, nu au fost încă obosit de acest matematică primitive, să vă prezint cu două formule simple, interesante și utile.
Cât de multe mutații neutre vor fi fixate în populația din fiecare generație? (Aceasta se referă la mutația nu este în unul și același lucru, dar în diferite gene.) Dacă ne putem da seama, veți obține un instrument minunat - un ceas molecular. Apoi, putem în numărul de variație genetică neutre pentru a determina când ultimul strămoș comun al organismelor vii în comparație.
Derivația acestei formule - o adevărată capodoperă „matematică biologice.“ Judecător pentru tine. Să ne determine mai întâi cât de multe apar noi mutații în populația din fiecare generație. Presupunem pentru simplitate că marea majoritate a mutațiilor sunt neutre (nu este departe de adevăr). Răspunsul este evident: U. N, unde U - rata de mutageneză (numărul mediu de noi mutatii in fiecare nou-născut individual), N - mărimea populației. U poate determina, pur și simplu prin compararea genomi de parinti si copii.
Acum trebuie să dau seama ce parte a U. N anterior mutații neidentificate fixează în cele din urmă. Acest lucru va fi cantitatea necunoscută - rata de fixare a mutațiilor neutre în fondul genetic al unei populații într-o singură generație. Am nota de V. scrisoare
Știm deja că probabilitatea de fixare a mutațiilor egale cu frecvența: Pfix = q. Care este frecvența mutațiilor nou apărute? Este destul de simplu. Din moment ce mutația tocmai a apărut, încă mai are doar o singură persoană. Prin urmare, frecvența este 1 / N. Asta e tot. Înmulțiți numărul de noi mutații în probabilitatea de fixare a fiecăreia dintre ele (de exemplu, la o fractiune de mutatii, care in cele din urma sunt blocate ..), și a obține un răspuns: V = U. N. 1 / N. Este uimitor! Populația în scădere magic, iar valoarea N din ecuație. Am tras concluzia că rata de fixare a mutațiilor neutre nu depinde de mărimea și este pur și simplu rata de mutageneza: V = U. Nu știu despre voi, dragi cititori, iar noi biologi au fost încântați de o astfel de frumusețe.
Am stat la un pas la ceas molecular. După două specii trage dintr-un strămoș comun, au fost împărțiți în bazine gena lor indiferent de mutații neutre se acumulează. Pe parcursul timpului t (măsurat în generații) prima specie acumula V. t = U. t mutații neutre, iar speciile de a doua se acumulează la fel de mult. Împreună, ei vor acumula 2U. t diferențe neutre față de cealaltă. Cunoscând rata de mutageneză U și numărarea numărului de diferențe între genomul speciei examinate (notate cu litera D), determină durata de viață a ultimului strămoș comun: t = D / 2U. Acesta este un ceas molecular bine-cunoscut.
Dacă mutageneza ritmul și viteza schimbării de generații au fost aceleași în toate creaturile vii, ar fi fost destul de simplu. Dar, desigur, ei nu sunt la fel, astfel încât calculul trebuie să fie modificat. Și atunci există o problemă de saturație, la un moment dat - de obicei, după o duzină, și de multe ori sute de milioane de ani - gene separate o dată speciile sunt atât de „suprapopulate“ diferențe neutre care D încetează să crească, deși la mutații neutre continuă să fie fixate. Mai jos vom vedea un exemplu de studiu pentru a arăta modul în care nivelul de similitudine între secvențele „accidental rătăcitori“ aproape de minim declinul posibil și în continuare nu a putut.
Din fericire, diferite regiuni genomice acumula modificari neutre, cu o foarte diferite viteze [18]. Aflate în schimbare rapidă secțiuni de ADN utilizate pentru datarea evenimentelor recente, iar cele care schimbă încet, bun pentru intalniri de evenimente antichitate.