Гипотеза дрейфового барьера
Гипотеза дрейфового барьера — эволюционная гипотеза, сформулированная Майклом Линчем в 2010 году. [1] Это предполагает, что совершенствование проявления признака в конкретной среде путем естественного отбора столкнется с гипотетическим барьером. Чем ближе черта приближается к совершенству, тем меньшими становятся преимущества в приспособленности. Как только этот барьер будет достигнут, последствия дальнейших полезных мутаций вряд ли будут достаточно велики, чтобы преодолеть силу случайного генетического дрейфа. Отбор обычно благоприятствует более низкой частоте мутаций из-за связанной с этим нагрузки вредных мутаций, которые сопровождаются высокой частотой мутаций. [2]
Описание
[ редактировать ]Каждая популяция содержит определенное количество генетических вариаций , кодирующих различные функциональные черты . Когда среда, в которой живет население, меняется, некоторые из этих черт оказываются более выгодными для этой новой ситуации, чем другие. В результате естественного отбора и случайного генетического дрейфа исчезают черты, отрицательно влияющие на приспособленность из генофонда популяции . Баланс между влиянием естественного отбора и генетического дрейфа на частоту популяционных мутаций определяется главным образом размером популяции. [5] Прогнозируется, что большие популяции обычно имеют более низкую частоту мутаций, чем меньшие популяции. [2] [6] Популяции, содержащие особей с высокой частотой мутаций, более адаптируются к изменениям окружающей среды. Такие популяции имеют больший генетический фонд и, следовательно, больше шансов содержать выгодный функциональный признак для этой новой среды. Эти выгодные функциональные признаки закрепляются в популяции благодаря положительному направленному отбору . Популяция продолжает закреплять эти выгодные черты с течением времени, подталкивая популяцию к генетическому совершенству, связанному с окружающей средой. Это растущее совершенство приводит к тому, что мутации имеют более высокий шанс оказаться вредными. [2] Особи с высокой частотой мутаций теперь все больше снижают приспособленность популяции, и отбор снова приводит к снижению частоты мутаций. В то же время новые выгодные аллели оказывают уменьшающееся положительное влияние на приспособленность. В определенный момент естественный отбор, частота мутаций и случайный генетический дрейф достигают баланса. [7] Это называется дрейфовым барьером.
Исключения из гипотезы дрейфового барьера
[ редактировать ]Траверс и Охман продемонстрировали поразительное исключение из гипотезы дрейфового барьера. [8] В 2016 году они измерили частоту ошибок транскрипции у Escherichia coli, а также у двух эндосимбиотических прокариот, Buchnera aphidicola и Carsonella ruddii. Эндосимбионты имели резко уменьшенные размеры генома, повышенную частоту мутаций и другие особенности, типичные для их небольших популяций. Это включало потерю нескольких факторов точности транскрипции. Результаты Траверса и Охмана показали, что частота ошибок транскрипции между E. coli и двумя эндосимбионтами была почти одинаковой, хотя размеры их популяций сильно различались. Их первоначальный прогноз заключался в том, что эндосимбионты будут иметь более высокий уровень ошибок транскрипции, поскольку они подвержены значительному генетическому дрейфу. Это означало бы, что они будут поддерживать более вредные мутации. Однако ни у Buchnera aphidicola, ни у Carsonella ruddii не было повышенного уровня ошибок транскрипции.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Линч, М. (2010). «Эволюция скорости мутаций» . Тенденции Жене . 26 (8): 345–352. дои : 10.1016/j.tig.2010.05.003 . ПМЦ 2910838 . ПМИД 20594608 .
- ^ Jump up to: а б с Сун, Уэй; Акерман, Мэтью С.; Миллер, Сэмюэл Ф.; Доук, Томас Г.; Линч, Майкл (2012). «Гипотеза дрейфового барьера и эволюция скорости мутаций» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (45): 18488–18492. дои : 10.1073/pnas.1216223109 . ISSN 0027-8424 . JSTOR 41829939 . ПМЦ 3494944 . ПМИД 23077252 .
- ^ Линч, Майкл; Акерман, Мэтью С.; Подагра, Жан-Франсуа; Лонг, Хонган; Сун, Уэй; Томас, В. Келли; Фостер, Патрисия Л. (ноябрь 2016 г.). «Генетический дрейф, отбор и эволюция скорости мутаций» . Обзоры природы Генетика . 17 (11): 704–714. дои : 10.1038/nrg.2016.104 . ISSN 1471-0064 . ПМИД 27739533 . S2CID 5561271 .
- ^ Моран, Ларри (01 декабря 2016 г.). «Песчаная дорожка: изучение современной эволюционной теории: гипотеза барьера для дрейфа» . Песчаная дорожка . Проверено 23 сентября 2021 г.
- ^ МакКэндлиш, Дэвид М.; Плоткин, Джошуа Б. (22 марта 2016 г.). «Ошибки транскрипции и барьер дрейфа» . Труды Национальной академии наук . 113 (12): 3136–3138. дои : 10.1073/pnas.1601785113 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 4812742 . ПМИД 26966235 .
- ^ Милгрум, Майкл Г. (2017-08-02), Майкл, Г. Милгрум (редактор), «ГЛАВА 4: Мутация и случайный генетический дрейф» , Популяционная биология растительных патогенов: генетика, экология и эволюция , Общая патология растений , Американское фитопатологическое общество, стр. 59–86, doi : 10.1094/9780890544525.004 , ISBN. 978-0-89054-452-5 , получено 23 сентября 2021 г.
- ^ Дрейк, JW (15 августа 1991 г.). «Постоянная скорость спонтанных мутаций у микробов на основе ДНК» . Труды Национальной академии наук . 88 (16): 7160–7164. дои : 10.1073/pnas.88.16.7160 . ISSN 0027-8424 . ПМК 52253 . ПМИД 1831267 .
- ^ Траверс, Чарльз К.; Охман, Ховард (22 марта 2016 г.). «Консервативные темпы и закономерности ошибок транскрипции в зависимости от состояния роста бактерий и образа жизни» . Труды Национальной академии наук . 113 (12): 3311–3316. дои : 10.1073/pnas.1525329113 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 4812759 . ПМИД 26884158 .