кривоногов

1. Дрейф генов и нейтральные мутации

Автор: Кривоногов Михаил

2.

Эволюция не сводится только к естественному отбору. Существуют случайные процессы, которые
способны изменять генетический состав популяций независимо от того, приносят ли те или иные
признаки пользу или вред. Дрейф генов, или генетический дрейф, представляет собой изменение
частот аллелей в популяции, вызванное случайными событиями, особенно заметное в
малочисленных популяциях. Нейтральные мутации — это изменения в последовательности ДНК,
которые не влияют на выживаемость и размножение организма, то есть не дают ни преимущества,
ни недостатка. Большинство мутаций, особенно в некодирующих участках генома, являются
именно нейтральными. Ключевая идея заключается в том, что дрейф генов эффективно действует
именно на нейтральные и почти нейтральные мутации, в то время как отбор в отношении таких
мутаций бессилен.

3.

Генетический дрейф можно сравнить с подбрасыванием монеты: в большой популяции,
насчитывающей тысячи особей, случайное изменение частоты аллеля происходит очень
медленно и редко приводит к его полной потере, тогда как в маленькой популяции из десятидвадцати особей случайные события способны кардинально исказить генетическую картину за
одно поколение. Представьте популяцию, где половина особей несет аллель А, а половина —
аллель а. Из-за случайной гибели нескольких особей, например при пожаре или наводнении, все
выжившие могут случайно оказаться носителями только аллеля А. В результате аллель а
полностью исчезает из популяции, и это исчезновение никак не связано с его полезностью или
вредностью. Основными последствиями дрейфа генов являются потеря генетического
разнообразия, фиксация одного случайного аллеля вместо другого и рост гомозиготности, то есть
увеличение доли особей с одинаковыми копиями генов.

4.

Нейтральная мутация — это такое изменение в ДНК, которое не меняет аминокислотную
последовательность белка, если речь идет о синонимичной замене, или затрагивает
некодирующие участки генома, такие как интроны или повторы. Поскольку структура белка не
меняется, приспособленность организма остается прежней, и такая мутация не попадает под
контроль отбора. Несмотря на свою кажущуюся незначительность, нейтральные мутации играют
огромную роль в эволюции. Они служат основным сырьем для дрейфа генов, потому что именно
их судьба решается случайным способом. Более того, накопление нейтральных мутаций в ДНК
происходит с относительно постоянной скоростью, что позволяет использовать их в качестве
молекулярных часов для определения времени расхождения видов. Например, различия в
псевдогенах — нефункциональных копиях генов — у человека и шимпанзе являются результатом
дрейфа именно нейтральных мутаций, а не действия отбора.

5.

Связь между дрейфом генов и нейтральными мутациями наилучшим образом описывается
теорией почти нейтральности, предложенной Мотоо Кимурой. Согласно этой теории, судьба
мутации в популяции определяется произведением эффективной численности популяции N на
коэффициент отбора s. Если произведение N умножить на s значительно меньше единицы, то
дрейф генов оказывается сильнее отбора, и даже слегка вредная мутация будет вести себя как
нейтральная, то есть её фиксация или потеря зависят от случая. И наоборот, если N умножить на
s значительно больше единицы, отбор выходит на первый план и эффективно удаляет вредные
мутации или закрепляет полезные. Из этого следует важный вывод: понятие нейтральности
мутации относительно. Одна и та же мутация может быть практически нейтральной в маленькой
популяции, где дрейф преобладает, но подвергаться очищающему отбору в большой популяции.
Таким образом, в малочисленных популяциях из-за дрейфа могут случайно зафиксироваться
даже слабовредные мутации.

6.

Классическим примером дрейфа генов является эффект бутылочного горлышка, когда после
резкого сокращения численности популяции, например у северных морских слонов, которых
истребляли охотники, генетическое разнообразие по нейтральным маркерам резко падает, и
многие аллели теряются навсегда. Другим примером служит эффект основателя, когда
небольшая группа колонистов несет лишь малую часть аллелей исходной популяции, что
наблюдается у изолированных религиозных общин, таких как амиши в США, где частота
некоторых генетических заболеваний оказывается необычно высокой из-за случайного дрейфа.
Значение этих процессов для биологии огромно. Сравнение нейтральных участков ДНК лежит в
основе молекулярной филогенетики, позволяя строить эволюционные древа. Теория нейтральной
эволюции утверждает, что большинство молекулярных изменений на уровне ДНК закрепляются
дрейфом, а не отбором. Кроме того, понимание дрейфа генов помогает объяснить, почему в
малых популяциях могут закрепляться редкие вредные мутации, что имеет значение для
медицинской генетики. В итоге дрейф генов и нейтральные мутации представляют собой не
просто шум эволюции, а её полноценный механизм, особенно важный в популяционной генетике и
эволюционной биологии

7. Источники информации

1. Назаров В. И. Эволюция не по Дарвину: Смена эволюционной модели. — М.: Издательство ЛКИ, 2007. — 520 с. — ISBN 978-5-382-00067-1.
2.Архивированная копия. Дата обращения: 15 февраля 2009. Архивировано из оригинала 17 мая 2009 года.Архивированная копия. Дата
обращения: 15 февраля 2009. Архивировано из оригинала 17 мая 2009 года.
3.Haldane J. B. S. The cost of natural selection // Journal of Genetics. — 1957. — Т. 55. — С. 551—524.
Ермолаев А. И. Роль Сьюэла Райта в создании популяционной генетики // Историко-биологические исследования. — 2012. — Т. 4, № 4. — С.
61—95. Архивировано 9 декабря 2019 года.
Genetic drift (англ.) // Current Biology : journal. — Cell Press, 2011. — October (vol. 21, no. 20). — P. R837—8. — doi:10.1016/j.cub.2011.08.007. —
PMID 22032182.
Stephen Jay Gould. Chapter 7, section "Synthesis as Hardening" // The Structure of Evolutionary Theory (англ.). — 2002.
Futuyma, 1998, Glossar