TOK GENŮ: MECHANISMUS, DŮSLEDKY A PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025

Tok genů nebo toku genů, v biologii, se vztahuje k pohybu genů z jedné populace do druhé. Obecně se tento termín používá synonymně s migračním procesem - v jeho evolučním smyslu.

Migrace obecně popisuje sezónní pohyb jednotlivců z jednoho regionu do druhého, při hledání lepších podmínek nebo pro reprodukční účely. Pro evolučního biologa však migrace zahrnuje přenos alel ze souboru genů mezi populacemi.

Zdroj: Jessica Krueger, z Wikimedia Commons

Ve světle populační genetiky je vývoj definován jako změna frekvencí alel v průběhu času.

Podle principů Hardy-Weinbergovy rovnováhy se frekvence budou lišit, kdykoli je to: výběr, mutace, drift a tok genů. Z tohoto důvodu je tok genů považován za evoluční sílu velkého významu.

Mechanismy toku genů

Mechanismy a příčiny, které způsobují pohyb genů v populaci, jsou silně spojeny s vlastními vlastnostmi studované skupiny. Může k tomu dojít v důsledku imigrace nebo emigrace určitých jednotlivců v reprodukčním stavu nebo může být výsledkem pohybu gamet.

Jedním z mechanismů může být například příležitostné rozšíření juvenilních forem živočišného druhu do vzdálených populací.

U rostlin se mechanismy snáze zachytí. Rostlinné gamety jsou transportovány různými způsoby. Některé linie používají abiotické mechanismy, jako je voda nebo vítr, které mohou nést geny do vzdálených populací.

Podobně je zde biotická disperze. Na šíření semen se podílí mnoho skromných zvířat. Například v tropech hrají ptáci a netopýři rozhodující roli při rozšiřování rostlin velmi důležitých pro ekosystémy.

Jinými slovy, rychlost migrace a tok genů závisí na disperzní kapacitě studované linie.

Migrace a Hardy-Weinbergova rovnováha

Ke studiu vlivu migrace na Hardy-Weinbergovu rovnováhu je ostrovní model často používán jako zjednodušení (migrační model ostrov-kontinent).

Protože populace ostrova je relativně malá, ve srovnání s populací na pevnině nemá žádný přenos genů z ostrova na pevninu žádný vliv na genotyp a alely na frekvenci pevniny.

Z tohoto důvodu by tok genů měl účinek pouze v jednom směru: z pevniny na ostrov.

Liší se frekvence alel?

Porozumět vlivu migrační události na ostrově, zvážit hypotetický příklad místa se dvěma alel A ₁ a A ₂. Musíme zjistit, zda pohyb genů na ostrov způsobuje změny ve frekvencích alel.

Předpokládejme, že je frekvence ₁ alely je rovno 1 - což znamená, že je pevně v populaci, zatímco v kontinentální populaci je A ₂ alela, která je pevná. Před zráním jednotlivců na ostrově migruje na něj 200 jedinců.

Po toku genů se frekvence změní a nyní 80% bude „nativních“, zatímco 20% je nových nebo kontinentálních. Na tomto jednoduchém příkladu můžeme ukázat, jak genový pohyb vede ke změně frekvence alel - klíčový koncept ve vývoji.

Důsledky toku genů

Pokud mezi dvěma populacemi existuje výrazný tok genů, je jedním z nejintuitivnějších důsledků to, že tento proces je zodpovědný za rozmělňování možných rozdílů mezi oběma populacemi.

Tímto způsobem může tok genů působit v opačném směru než jiné evoluční síly, které se snaží udržet rozdíly ve složení genetických rezervoárů. Například mechanismus přirozeného výběru.

Druhým důsledkem je šíření prospěšných alel. Předpokládejme, že mutací vznikne nová alela, která svým nosičům dává určitou selektivní výhodu. Když dojde k migraci, nová alela je transportována do nových populací.

Tok genů a druhový koncept

Biologický koncept druhu je široce známý a je určitě nejrozšířenější. Tato definice odpovídá koncepčnímu schématu populační genetiky, protože zahrnuje genofond - jednotku, kde se mění frekvence alel.

Tímto způsobem, geny, nepocházejí z jednoho druhu na druhý - neexistuje žádný tok genů - az tohoto důvodu druhy vykazují určité vlastnosti, které jim umožňují diferenciaci. Po této linii myšlenek tok genů vysvětluje, proč druhy tvoří „shluk“ nebo fenetické seskupení.

Kromě toho má přerušení toku genů zásadní důsledky v evoluční biologii: ve většině případů vede ke spekulacím nebo k tvorbě nových druhů. Tok genů může být přerušen různými faktory, mezi jinými mechanismy, jako je existence geografické bariéry, preference na úrovni námluv.

Opak je také pravdou: existence toku genů přispívá ke všem organismům v oblasti, která zůstává jako jeden druh.

Příklad

Migrace hada Nerodia sipedon je dobře zdokumentovaným případem toku genů z kontinentální populace na ostrov.

Druh je polymorfní: může mít významný pruhový vzor nebo vůbec žádný pruh. Ve zjednodušení je zbarvení určeno jedním lokusem a dvěma alely.

Obecně se hadi kontinentu vyznačují tím, že vykazují vzor pásů. Naproti tomu ti, kdo ostrovy obývají, je nevlastní. Vědci dospěli k závěru, že morfologický rozdíl je způsoben různými selektivními tlaky, kterým je každá oblast vystavena.

Na ostrovech mají jednotlivci tendenci opalovat se na povrchu skály poblíž břehu pláže. Ukázalo se, že nepřítomnost pásů usnadňuje maskování na skalách ostrovů. Tuto hypotézu lze otestovat pomocí značkovacích a záchytných experimentů.

Z tohoto adaptivního důvodu bychom očekávali, že ostrovní populace bude tvořena výhradně nešívanými organismy. To však není pravda.

Každá generace přichází z kontinentu novou skupinu bandážovaných organismů. V tomto případě migrace působí jako síla proti výběru.

Reference

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2004). Biologie: věda a příroda. Pearsonovo vzdělávání.
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Pozvánka k biologii. Panamerican Medical Ed.
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evoluční analýza. Prentice Hall.
4. Futuyma, DJ (2005). Vývoj. Sinauer.
5. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC, & Garrison, C. (2001). Integrované základy zoologie (roč. 15). New York: McGraw-Hill.
6. Mayr, E. (1997). Evoluce a rozmanitost života: Vybrané eseje. Harvard University Press.
7. Soler, M. (2002). Evoluce: základ biologie. Jižní projekt.