الانجراف الجيني: الأسباب والتأثيرات والأمثلة - مادة الاحياء - 2025

و الانجراف الوراثي أو الجيني هو آلية تطورية العشوائية التي تسبب تقلبات أو تغيرات بحتة الترددات أليلية عشوائية في عدد السكان.

يعد الانتقاء الطبيعي لتشارلز داروين وانحراف الجينات أهم عمليتين متضمنتين في التغيير التطوري في السكان. على عكس الانتقاء الطبيعي ، الذي يعتبر عملية حتمية وغير عشوائية ، فإن الانجراف الجيني هو عملية يتم إثباتها على أنها التقلبات العشوائية لترددات الأليل في السكان أو للأنماط الفردانية.

المصدر: أنجيل ، من ويكيميديا ​​كومنز

يؤدي الانجراف الجيني إلى تطور غير متكيف. في الواقع ، الانتقاء الطبيعي - وليس الانجراف الجيني - هو الآلية الوحيدة المستخدمة لشرح جميع تكيفات الكائنات الحية على مستويات مختلفة (تشريحية ، فسيولوجية أو أخلاقية).

هذا لا يعني أن الانجراف الجيني ليس مهمًا. لوحظ أحد أكثر النتائج المدهشة لهذه الظاهرة على المستوى الجزيئي ، بين الاختلافات في تسلسل الحمض النووي والبروتين.

التاريخ

تم تطوير نظرية الانجراف الجيني في أوائل الثلاثينيات من قبل عالم الأحياء وعلم الوراثة البارز المسمى سيوال رايت.

وبالمثل ، كانت مساهمات Motoo Kimura استثنائية في هذا المجال. قاد هذا الباحث النظرية المحايدة للتطور الجزيئي ، حيث كشف أن تأثيرات انحراف الجينات لها مساهمة مهمة في التطور على مستوى تسلسل الحمض النووي.

ابتكر هؤلاء المؤلفون نماذج رياضية لفهم كيفية عمل انحراف الجينات في المجموعات البيولوجية.

الأسباب

أسباب انحراف الجينات هي ظاهرة عشوائية - أي عشوائية. في ضوء علم الوراثة السكانية ، يتم تعريف التطور على أنه اختلاف بمرور الوقت في ترددات الأليل للسكان. يؤدي الانجراف إلى تغيير في هذه الترددات من خلال أحداث عشوائية تسمى "أخطاء أخذ العينات".

يعتبر انجراف الجينات خطأ في أخذ العينات. الجينات التي يشملها كل جيل هي عينة من الجينات التي يحملها الجيل السابق.

أي عينة عرضة للخطأ في أخذ العينات. أي أن نسبة العناصر المختلفة التي نجدها في العينة عرضة للتغيير بمحض الصدفة.

لنتخيل أن لدينا حقيبة بها 50 قطعة بيضاء و 50 قطعة سوداء. إذا أخذنا عشرة من هؤلاء ، فربما نحصل على 4 أبيض و 6 أسود بالصدفة ؛ أو 7 أبيض و 3 أسود. يوجد تناقض بين القيم المتوقعة نظريًا (5 و 5 من كل لون) وتلك التي تم الحصول عليها تجريبيًا.

تحرير التأثيرات

يتم إثبات تأثيرات الانجراف الجيني كتغييرات عشوائية في ترددات الأليل للسكان. كما ذكرنا ، يحدث هذا عندما لا توجد علاقة بين الخاصية المتغيرة واللياقة. مع مرور الوقت ، ستنتهي الأليلات بالتثبيت أو الضياع من السكان.

في علم الأحياء التطوري ، يستخدم مصطلح اللياقة على نطاق واسع ، في إشارة إلى قدرة الكائن الحي على التكاثر والبقاء على قيد الحياة. تختلف المعلمة بين 0 و 1.

وبالتالي ، فإن الخاصية التي تختلف حسب الانجراف لا تتعلق بتكاثر الفرد وبقائه.

يؤدي فقدان الأليلات إلى التأثير الثاني لانحراف الجينات: فقدان تغاير الزيجوت في السكان. سيقل التباين في مكان معين ، وفي النهاية سيضيع.

كيف نحسب احتمال فقد الأليل أو إصلاحه؟

إن احتمال تثبيت الأليل في المجتمع يساوي تواتره في وقت دراسته. سيكون تكرار ربط الأليل البديل 1 - ص. حيث p يساوي التردد الأليلي.

لا يتأثر هذا التردد بالتاريخ السابق للتغيير في ترددات الأليل ، لذلك لا يمكن إجراء التنبؤات المستندة إلى الماضي أيضًا.

على العكس من ذلك ، إذا نشأ الأليل عن طريق الطفرة ، فإن احتمال تثبيته هو p = 1/2 N. حيث N هو عدد السكان. هذا هو سبب سهولة إصلاح الأليلات الجديدة التي تظهر بالطفرة في مجموعات صغيرة.

يجب على القارئ أن يفكر في كيفية تأثير قيمة p عندما يكون المقام أصغر. منطقيا ، سيزداد الاحتمال.

وبالتالي ، فإن تأثيرات الانجراف الجيني تتقدم بسرعة أكبر في مجموعات صغيرة. في مجموعة ثنائية الصبغيات (مجموعتان من الكروموسومات ، مثلنا مثل البشر) ، يحدث ارتباط الأليلات الجديدة ، في المتوسط ​​، كل 4 أجيال N. يزيد الوقت بشكل متناسب مع زيادة N في عدد السكان.

المصدر: أستاذ هامشي ، من ويكيميديا ​​كومنز

عدد السكان الفعال

لا يشير N الذي يظهر في المعادلات السابقة إلى قيمة مماثلة لعدد الأفراد الذين يشكلون المجتمع. بمعنى آخر ، إنه لا يعادل تعداد الكائنات الحية.

في علم الوراثة السكانية ، يتم استخدام معلمة "العدد الفعال للسكان" (Ne) ، والتي تكون عادةً أقل من جميع الأفراد.

على سبيل المثال ، في بعض المجموعات السكانية ذات البنية الاجتماعية التي يهيمن عليها عدد قليل من الذكور ، يكون عدد السكان الفعال منخفضًا جدًا ، نظرًا لأن جينات هؤلاء الذكور المسيطرين تساهم بشكل غير متناسب - إذا قارناها مع بقية الذكور.

لهذا السبب ، فإن السرعة التي يعمل بها الانجراف الجيني (والسرعة التي يفقد بها تباين الزيجوت) ستكون أكبر من المتوقع إذا أجرينا تعدادًا ، لأن عدد السكان أصغر مما يبدو.

إذا عدنا في مجموعة سكانية افتراضية 20000 فرد ، ولكن 2000 فقط يتكاثرون ، فإن العدد الفعال للسكان ينخفض. وهذه الظاهرة التي لا تحدث فيها جميع الكائنات الحية في السكان ، منتشرة على نطاق واسع في التجمعات الطبيعية.

الاختناقات وتأثير المؤسس

كما ذكرنا (وأوضحنا رياضيًا) ، يحدث الانجراف في مجموعات صغيرة. حيث يكون للأليلات غير المتكررة احتمالية أكبر للضياع.

هذه الظاهرة شائعة بعد أن يختبر السكان حدثًا يسمى "عنق الزجاجة". يحدث هذا عندما يتم القضاء على عدد كبير من السكان من خلال نوع من الأحداث غير المتوقعة أو الكارثية (على سبيل المثال ، عاصفة أو انهيار جليدي).

يمكن أن يكون التأثير المباشر هو انخفاض في التنوع الجيني للسكان ، مما يقلل من حجم مجموعة الجينات أو تجمع الجينات.

حالة معينة من الاختناقات هي تأثير المؤسس ، حيث ينفصل عدد صغير من الأفراد عن السكان الأصليين ويتطورون في عزلة. في الأمثلة التي سنقدمها لاحقًا ، سنرى ما هي عواقب هذه الظاهرة.

المصدر: أنجيل ، من ويكيميديا ​​كومنز

التأثير على مستوى الحمض النووي: النظرية المحايدة للتطور الجزيئي

اقترح موتو كيمورا النظرية المحايدة للتطور الجزيئي. قبل أفكار هذا الباحث ، وجد Lewontin & Hubby بالفعل أن النسبة العالية من الاختلافات على مستوى الإنزيم لا يمكنها الحفاظ على كل هذه الأشكال المتعددة (الاختلافات).

خلص كيمورا إلى أن هذه التغيرات في الأحماض الأمينية يمكن تفسيرها بانحراف الجينات والطفرات. ويخلص إلى أنه على مستوى الحمض النووي والبروتين ، تلعب آليات انحراف الجينات دورًا أساسيًا.

يشير المصطلح محايد إلى حقيقة أن غالبية البدائل الأساسية التي تمكنت من الإصلاح (تصل إلى تكرار 1) محايدة فيما يتعلق بالملاءمة. لهذا السبب ، هذه الاختلافات التي تحدث عن طريق الانجراف ليس لها معنى تكيفي.

لماذا توجد طفرات محايدة؟

هناك طفرات ليس لها تأثير على النمط الظاهري للفرد. يتم تشفير جميع المعلومات الخاصة ببناء وتطوير كائن حي جديد في الحمض النووي. يتم فك شفرة هذا الرمز بواسطة الريبوسومات في عملية الترجمة.

تتم قراءة الشفرة الجينية في "ثلاثة توائم" (مجموعة من ثلاثة أحرف) وكل ثلاثة أحرف رمز للحمض الأميني. ومع ذلك ، فإن الشفرة الوراثية تتدهور ، مما يشير إلى وجود أكثر من كودون واحد يرمز لنفس الحمض الأميني. على سبيل المثال ، الكودونات CCU و CCC و CCA و CCG جميعها ترمز إلى برولين الأحماض الأمينية.

لذلك ، إذا تغير تسلسل CCU إلى CCG ، فسيكون منتج الترجمة عبارة عن برولين ، ولن تكون هناك تعديلات في تسلسل البروتين.

وبالمثل ، قد تتغير الطفرة إلى حمض أميني لا تختلف خصائصه الكيميائية كثيرًا. على سبيل المثال ، إذا تغير الألانين إلى فالين ، فقد يكون التأثير على وظيفة البروتين غير محسوس.

لاحظ أن هذا غير صالح في جميع الحالات ، إذا حدث التغيير في جزء من البروتين ضروري لوظائفه - مثل الموقع النشط للأنزيمات - يمكن أن يكون التأثير على اللياقة البدنية كبيرًا جدًا.

أمثلة

مثال افتراضي: القواقع والأبقار

تخيل مرج حيث تتعايش القواقع والأبقار. في مجموعة الحلزون يمكننا التمييز بين لونين: قشرة سوداء وقشرة صفراء. العامل الحاسم في نفوق القواقع هو آثار أقدام الأبقار.

ومع ذلك ، لاحظ أنه في حالة الدوس على الحلزون ، فإنه لا يعتمد على لون قوقعته ، حيث إنه حدث عشوائي. في هذا المثال الافتراضي ، تبدأ أعداد الحلزون بنسبة متساوية من الألوان (50 حلزونًا أسود و 50 حلزونًا أصفر). في حالة الأبقار ، تخلص من 6 ألوان سوداء و 2 صفراء فقط ، ستتغير نسبة الألوان.

وبنفس الطريقة ، يمكن أن يموت اللون الأصفر بنسبة أكبر في الحدث التالي ، حيث لا توجد علاقة بين اللون واحتمال التكسير (ومع ذلك ، لا يوجد نوع من التأثير "التعويضي").

كيف ستتغير نسبة القواقع بمرور الوقت؟

خلال هذه العملية العشوائية ، ستتأرجح نسب القذائف السوداء والصفراء بمرور الوقت. في النهاية ، ستصل إحدى القذائف إلى أحد الحدين: 0 أو 1.

عندما يتم الوصول إلى التردد هو 1 - افترض أنه بالنسبة لأليل الصدفة الصفراء - ستكون كل القواقع بهذا اللون. وكما يمكننا أن نخمن ، فإن أليل القشرة السوداء سيكون قد فقد.

الطريقة الوحيدة للحصول على هذا الأليل مرة أخرى هو أن السكان يدخلون عن طريق الهجرة أو عن طريق الطفرة.

الانجراف الجيني أثناء العمل: الفهود

يمكن ملاحظة ظاهرة الانجراف الجيني في المجموعات الطبيعية ، والمثال الأكثر تطرفاً هو الفهود. تنتمي هذه الماكرات السريعة والأنيقة إلى نوع Acinonyx jubatus.

منذ حوالي 10000 عام ، عانت الفهود - وغيرها من الثدييات الكبيرة - من حدث انقراض شديد. تسبب هذا الحدث في "عنق الزجاجة" في أعداد الفهود ، حيث نجا عدد قليل فقط من الأفراد.

أدى الناجون من ظاهرة كارثية العصر البليستوسيني إلى ظهور جميع الفهود اليوم. أدت تأثيرات الانجراف ، إلى جانب زواج الأقارب ، إلى تجانس كامل السكان تقريبًا.

في الواقع ، فإن الجهاز المناعي لهذه الحيوانات متطابق عمليا في جميع الأفراد. إذا احتاج أحد الأعضاء لأي سبب من الأسباب إلى التبرع بالأعضاء ، فيمكن لأي من زملائهم القيام بذلك دون أن يؤدي ذلك إلى أي احتمال للرفض.

التبرعات هي إجراءات يتم تنفيذها بعناية ومن الضروري قمع الجهاز المناعي للمتلقي حتى لا يهاجم "العامل الخارجي" ، حتى لو جاء من أحد أفراد الأسرة المقربين - أطلقوا عليه إخوة أو أطفال.

مثال في البشر: الأميش

تحدث الاختناقات وتأثير المؤسس أيضًا في التجمعات البشرية الحالية ، ولها عواقب وثيقة الصلة بالمجال الطبي.

الأميش مجموعة دينية. تتميز بأسلوب حياة بسيط ، خالٍ من التكنولوجيا ووسائل الراحة الحديثة الأخرى - بالإضافة إلى أنها تحمل عددًا كبيرًا جدًا من الأمراض والأمراض الوراثية.

وصل حوالي 200 مستعمر إلى ولاية بنسلفانيا (الولايات المتحدة الأمريكية) ، من أوروبا ، وبدأوا في التكاثر بين نفس الأعضاء.

من المفترض أنه من بين المستعمرين ، كان هناك حاملون للأمراض الوراثية المتنحية ، بما في ذلك متلازمة إليس فان كريفيلد. تتميز هذه المتلازمة بخصائص التقزم وتعدد الأصابع (عدد كبير من الأصابع ، أكبر من خمسة أرقام).

كان المرض في المجموعة الأولية بتكرار 0.001 وزاد بشكل ملحوظ إلى 0.07.

المراجع

1. Audesirk، T.، Audesirk، G.، & Byers، BE (2004). علم الأحياء: العلم والطبيعة. تعليم بيرسون.
2. كورتيس ، هـ ، وشنيك ، أ. (2006). دعوة إلى علم الأحياء. عموم أمريكا الطبية Ed.
3. فريمان ، س. ، وهيرون ، جي سي (2002). التحليل التطوري. برنتيس هول.
4. فوتويما ، دي جي (2005). تطور. سيناور.
5. هيكمان ، سي بي ، روبرتس ، إل إس ، لارسون ، إيه ، أوبر ، دبليو سي ، وجاريسون سي (2001). المبادئ المتكاملة لعلم الحيوان (المجلد 15). نيويورك: ماكجرو هيل.
6. ماير ، إي (1997). التطور وتنوع الحياة: مقالات مختارة. مطبعة جامعة هارفارد.
7. رايس ، س. (2007). موسوعة التطور. حقائق في الملف.
8. راسل ، ب ، هيرتز ، ب ، وماكميلان ، ب. (2013). علم الأحياء: العلم الديناميكي. نيلسون للتعليم.
9. سولير ، م. (2002). التطور: أساس علم الأحياء. مشروع الجنوب.