PROTOK GENA: MEHANIZAM, POSLJEDICE I PRIMJERI - BIOLOGIJA - 2025

Protok gena ili gena toka u biologiji, odnosi se na kretanje gena iz jedne u drugu populaciju. Općenito, taj se izraz koristi sinonimno s migracijskim procesom - u njegovom evolucijskom smislu.

U uobičajenoj upotrebi, migracija opisuje sezonsko kretanje pojedinaca iz jedne regije u drugu u potrazi za boljim uvjetima ili za reproduktivne svrhe. Međutim, za evolucijskog biologa migracija uključuje prijenos alela iz skupa gena između populacije.

Izvor: Jessica Krueger, iz Wikimedia Commons

U svjetlu populacijske genetike, evolucija se definira kao promjena frekvencija alela tijekom vremena.

Slijedom principa Hardy-Weinbergove ravnoteže, frekvencije će se mijenjati kad god postoje: odabir, mutacija, pomicanje i protok gena. Iz tog razloga protok gena smatra se evolucijskom silom od velikog značaja.

Mehanizmi protoka gena

Mehanizmi i uzroci koji potiču kretanje gena u populaciji snažno su povezani s inherentnim karakteristikama istraživačke skupine. Do toga može doći uslijed imigracije ili iseljavanja određenih pojedinaca u reproduktivnom stanju, ili može nastati zbog kretanja u gametama.

Na primjer, jedan mehanizam može biti povremeno širenje maloljetničkih oblika životinjske vrste na udaljene populacije.

U slučaju biljaka mehanizme je lakše prikvačiti. Biljne gamete transportiraju se na različite načine. Neke loze koriste abiotske mehanizme, poput vode ili vjetra, koji mogu prenijeti gene udaljenim populacijama.

Slično tome, postoji i biotsko širenje. U raspršivanju sjemena sudjeluju mnoge voćne životinje. Na primjer, u tropima ptice i šišmiši igraju presudnu ulogu u širenju biljaka od velikog značaja za ekosustave.

Drugim riječima, stopa migracije i protok gena ovise o sposobnosti širenja proučavane loze.

Migracije i ravnoteža Hardy-Weinberga

Za proučavanje utjecaja migracije na ravnotežu Hardy-Weinberga, model otoka često se koristi kao pojednostavljenje (model migracije na otoku i kontinentu).

Budući da je populacija otoka relativno mala u usporedbi s populacijom kopna, svaki prijenos gena s otoka na kopno nema utjecaja na genotip i alelne frekvencije kopna.

Iz tog bi razloga protok gena imao učinak samo u jednom smjeru: od kopna do otoka.

Razlikuju li se frekvencije alela?

Da biste razumjeli učinak migracijskog događaja na otok, razmotrite hipotetički primjer lokusa s dva alela A ₁ i A ₂. Moramo saznati uzrokuje li kretanje gena na otok varijacije u frekvencijama alela.

Pretpostavimo da je frekvencija na A ₁ alel je jednak 1 - što znači da je fiksiran u populaciji, dok je u kontinentalnom populaciji je A ₂ alel koji je fiksiran. Prije sazrijevanja jedinki na otoku, 200 pojedinaca seli na njega.

Nakon protoka gena, frekvencije će se mijenjati i sada će 80% biti "nativni", dok je 20% novih ili kontinentalnih. Ovim jednostavnim primjerom možemo pokazati kako kretanje gena dovodi do promjene frekvencije alela - ključnog koncepta evolucije.

Posljedice protoka gena

Kada postoji izražen protok gena između dvije populacije, jedna od najintimitivnijih posljedica je ta da je taj proces odgovoran za razrjeđivanje mogućih razlika između obje populacije.

Na taj način protok gena može djelovati u suprotnom smjeru od drugih evolucijskih sila koje nastoje održati razlike u sastavu genetskih rezervoara. Kao mehanizam prirodne selekcije, na primjer.

Druga posljedica je širenje korisnih alela. Pretpostavimo da mutacijom nastaje novi alel koji daje određenu selektivnu prednost njegovim nosačima. Kada dođe do migracije, novi alel prenosi se u novu populaciju.

Pojam genskog protoka i vrsta

Biološki pojam vrsta nadaleko je poznat i sigurno se najviše koristi. Ova se definicija uklapa u konceptualnu shemu populacijske genetike, jer uključuje genski fond - jedinicu u kojoj se mijenjaju frekvencije alela.

Na taj način, po definiciji, geni ne prelaze s jedne vrste na drugu - ne postoji protok gena - i zbog toga vrste pokazuju određene karakteristike koje im omogućuju razlikovanje. Slijedeći ovu ideju, protok gena objašnjava zašto vrste tvore „grozd“ ili fenetsku skupinu.

Nadalje, prekid protoka gena ima presudne posljedice u evolucijskoj biologiji: vodi - u većini slučajeva - do događaja u specifikaciji ili stvaranja novih vrsta. Tok gena može se prekinuti različitim čimbenicima, poput postojanja geografske barijere, sklonosti na razini udvaranja, među ostalim mehanizmima.

Obrnuto je također točno: postojanje protoka gena doprinosi svim organizmima u regiji koja ostaje kao jedna vrsta.

Primjer

Migracija zmije Nerodia sipedon dobro je dokumentiran slučaj protoka gena iz kontinentalne populacije na neko otočje.

Vrsta je polimorfna: može imati značajan oblik vezanja ili uopće nema trake. U pojednostavljenju, obojenje je određeno jednim lokusom i dva alela.

Općenito govoreći, zmije na kontinentu karakteriziraju isticanje uzoraka bendova. Suprotno tome, oni koji naseljavaju otoke ne posjeduju ih. Istraživači su zaključili da je morfološka razlika posljedica različitih selektivnih pritisaka kojima je izložena svaka regija.

Na otocima pojedinci imaju tendenciju sunčanja na površini stijena u blizini obale plaže. Pokazalo se da izostanak pojasa olakšava kamufliranje na stijenama otoka. Ova se hipoteza može testirati korištenjem eksperimenata označavanja i ponovnog zauzimanja.

Iz tog prilagodljivog razloga, očekivali bismo da će stanovništvo otoka biti sastavljeno isključivo od ne-vezanih organizama. Međutim, to nije istina.

Svaka generacija dolazi s novom grupom bendovanih organizama s kontinenta. U ovom slučaju migracija djeluje kao sila protiv odabira.

Reference

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Biologija: znanost i priroda. Pearson Education.
2. Curtis, H., i Schnek, A. (2006). Poziv na biologiju. Panamerican Medical Ed.
3. Freeman, S., i Herron, JC (2002). Evolucijska analiza Dvorana Prentice.
4. Futuyma, DJ (2005). Evolucija. Sinauer.
5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrirani principi zoologije (Vol. 15). New York: McGraw-Hill.
6. Mayr, E. (1997). Evolucija i raznolikost života: Izabrani eseji. Harvard University Press.
7. Soler, M. (2002). Evolucija: osnova biologije. Projekt Jug.