Mutation, Selektion und Gendrift

Allelfrequenzen ändern sich über Generationen hinweg durch eine kleine Anzahl von Kräften: Mutationen liefern neue Varianten, die natürliche Selektion sortiert sie nach Fitness, Migration verschiebt sie zwischen Populationen, und zufällige Gendrift mischt sie durch Zufall neu.

Definition

Mutation, Selektion und Gendrift sind die Hauptkräfte der Mikroevolution, die jeweils Allelfrequenzen in einer Population von einer Generation zur nächsten einführen, sortieren und zufällig verändern.

Scope

Dieses Thema behandelt die Mutation als die ultimative Quelle der Variation, die Modi und die quantitative Beschreibung der natürlichen Selektion durch Fitness- und Selektionskoeffizienten, den Effekt der Dominanz auf die Selektion, das Mutations-Selektions-Gleichgewicht, Gendrift und effektive Populationsgröße, den Gründereffekt und Flaschenhälse sowie die neutrale Theorie der molekularen Evolution. Es behandelt die Dynamik einzelner Loci unter diesen Kräften; die Gleichgewichtsgrundlage, die sie stören, wird unter Hardy-Weinberg behandelt.

Core questions

• Wie verändert die natürliche Selektion die Allelfrequenzen, und wie wird ihre Stärke durch Fitness quantifiziert?
• Warum ist die Gendrift in kleinen Populationen stärker, und was ist die effektive Populationsgröße?
• Wie hält das Mutations-Selektions-Gleichgewicht schädliche Allele auf niedriger Frequenz?
• Was besagt die neutrale Theorie über die meisten molekularen Variationen?

Key concepts

• Mutation als Quelle neuer Allele
• Fitness, Selektionskoeffizienten und Selektionsmodi
• Gendrift und effektive Populationsgröße
• Gründereffekt und Populationsengpässe
• Mutations-Selektions-Gleichgewicht und die neutrale Theorie

Mechanisms

Selektion wirkt durch differentielles Überleben und Reproduktion, die an den Genotyp gebunden sind, und verschiebt Frequenzen in großen Populationen deterministisch; Drift wirkt durch zufällige Stichproben von Gameten, wobei die Varianz umgekehrt proportional zur effektiven Populationsgröße ist; Mutation regeneriert kontinuierlich Varianten, und das Gleichgewicht zwischen Mutationseintrag und selektiver Entfernung bestimmt die Gleichgewichtsfrequenz schädlicher Allele.

Clinical relevance

Diese Kräfte erklären, warum einige schädliche Allele in menschlichen Populationen persistieren, warum isolierte oder kürzlich gegründete Populationen erhöhte Frequenzen bestimmter Krankheitsallele aufweisen und wie Krankheitserreger und Krebs unter selektivem Druck Resistenzen entwickeln.

History

Fisher, Wright und Haldane legten in den 1920er und 1930er Jahren die mathematischen Grundlagen der Selektion und Drift; Wright betonte die Drift und die Shifting-Balance-Theorie, und Kimuras neutrale Theorie in den 1960er und 1970er Jahren argumentierte, dass die meisten molekularen Variationen selektiv neutral sind und durch Drift gesteuert werden, was eine anhaltende Debatte auslöste.

Debates

Die relativen Rollen von Selektion und neutraler Drift

Die Neutralisten-Selektionisten-Debatte fragt, ob die meisten molekularen Variationen effektiv neutral sind und hauptsächlich durch Drift geformt werden, wie Kimura argumentierte, oder ob die Selektion das Genom umfassend formt; moderne genomische Daten unterstützen eine nuancierte Mischung anstatt eines der Extreme.

Key figures

• Ronald Fisher
• Sewall Wright
• Motoo Kimura
• J. B. S. Haldane

Seminal works

• fisher1930
• kimura1983

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen natürlicher Selektion und Gendrift?

Die natürliche Selektion verändert die Allelfrequenzen systematisch entsprechend der Art und Weise, wie Genotypen das Überleben und die Reproduktion beeinflussen, während die Gendrift sie zufällig durch die zufällige Stichprobe der sich fortpflanzenden Individuen verändert, ein Effekt, der in kleinen Populationen am stärksten ist.

Was ist die effektive Populationsgröße?

Es ist die Größe einer idealisierten Population, die die gleiche Menge an Gendrift erfahren würde wie die reale Population; sie ist in der Regel kleiner als die tatsächliche Individuenzahl aufgrund ungleicher Geschlechterverhältnisse, Variationen in der Familiengröße und vergangener Flaschenhälse.