Genetisk drift

Hvorfor har genetisk drift størst effekt i små populasjoner?

Når evolusjon skjer på grunn av tilfeldigheter, kaller vi det genetisk drift.

Tilfeldigheter har en tendens til å jevne seg ut når vi ser på mange nok tilfeller. Dersom vi derimot har få tilfeller, kan vi få avvik fra det vi skulle forvente. Dette er grunnen til at vi kan få store avvik fra forventet kjønnsrate blant nyfødte i en liten populasjon, men ikke i en stor – akkurat som du så i oppgaven over. Det er også derfor genetisk drift har størst effekt i små populasjoner.

Årsaker til genetisk drift

Det er to typer tilfeldige hendelser som kan føre til endring av allelfrekvenser, altså evolusjon.

Tilfeldigheter ved dannelse av kjønnsceller

La oss ta et eksempel med individer som har genotypen Aa. Ved kjønnet formering er det tilfeldig hvilket av allelene hvert avkom arver. Vi forventer derfor at halvparten av avkommene vil arve allel A, og halvparten allel a. Men når antallet avkom er lite, kan vi få tilfeldige avvik som endrer allelfrekvensene i neste generasjon.

Tilfeldige forskjeller i overlevelse og reproduksjon

Et individ kan være på feil sted til feil tid og dø uten å etterlate seg avkom. I en liten populasjon kan slike tilfeldigheter gjøre at individer med én genotype får flere avkom enn andre, uten at dette har noe med genotypene å gjøre. Konsekvensen er tilfeldige endringer i allelfrekvenser fra generasjon til generasjon.

Konsekvenser av genetisk drift

Tilfeldige hendelser kan altså føre til tilfeldige endringer i allelfrekvenser fra generasjon til generasjon. Men hva så – hvilken betydning har dette for populasjoner?

Genetisk drift kan motvirke tilpasning

Naturlig seleksjon øker frekvensen av alleler som gjør individene bedre i stand til å overleve og få avkom. På denne måten blir populasjonen tilpasset miljøet. Ved genetisk drift er det derimot tilfeldigheter som avgjør hvilke alleler som øker i frekvens. Et individ kan ha flaks og overleve en orkan, og dermed få flere avkom enn et individ med gunstigere egenskaper som hadde uflaks. Slike tilfeldige hendelser bidrar ikke til tilpasning.

I store populasjoner vil flaks og uflaks jevne seg ut. Da blir naturlig seleksjon en sterkere evolusjonær mekanisme enn genetisk drift, og populasjonen tilpasser seg miljøet. I små populasjoner kan tilfeldigheter få større betydning. Da kan genetisk drift motvirke tilpasning, og i verste fall føre til at skadelige alleler blir vanligere.

Genetisk drift reduserer genetisk variasjon

Når endringer i allelfrekvenser bestemmes av tilfeldigheter, vil alleler før eller senere forsvinne fra genlageret. Jo mindre populasjonen er, jo raskere skjer dette.

Genetisk drift fører til genetiske forskjeller mellom populasjoner

Tilfeldigheter kan gjøre at ulike alleler øker i frekvens i ulike populasjoner. Genetisk drift kan derfor spille en rolle i artsdannelse ved at genlagrene til to populasjoner utvikles i ulik retning.

I figuren over ser vi et tenkt eksempel på genetisk drift i to populasjoner som består av 50 individer.

Begge populasjonene starter med de samme allelfrekvensene for allel A (0,5) og a (0,5). Over tid endrer allelfrekvensen seg tilfeldig og ulikt i hver populasjon. I Populasjon 1 går går allel a tapt etter omtrent 90 generasjoner. Det fører til at allel A blir det eneste gjenværende allelet. I Populasjon 2 går allel A tapt etter omtrent 50 generasjoner. Dette fører til at allel a blir det eneste gjenværende allelet.

Figuren illustrerer hvordan genetisk drift kan redusere genetisk variasjon i små populasjoner og gjøre populasjoner genetisk mer ulike, selv uten naturlig seleksjon.

To viktige former for genetisk drift

Genetisk drift kan arte seg på ulike måter i populasjoner. To viktige former som har mye til felles, er grunnleggereffekten og flaskehalseffekten.

Grunnleggereffekten

Nye populasjoner blir ofte grunnlagt av et fåtall individer som utvandrer fra en større populasjon. Dette kalles en grunnleggerhendelse. Hva kan vi si om genlageret til den nye populasjonen?

For det første er det begrenset hvor mye genetisk variasjon et fåtall individer kan bringe med seg. I tillegg kan en av grunnleggerne tilfeldigvis være bærer av et allel som er sjeldent i den opprinnelige populasjonen. Dette allelet vil da få en høyere frekvens i den nye populasjonen.

Den nye populasjonen vil derfor ha mindre genetisk variasjon og andre allelfrekvenser enn populasjonen den ble grunnlagt fra. Dette kalles grunnleggereffekten og er en form for genetisk drift.

Grunnleggereffekten og høy forekomst av arvelige sykdommer

Noen befolkningsgrupper har uvanlig høy forekomst av enkelte alvorlige arvelige sykdommer. I mange tilfeller skyldes det grunnleggereffekten. Allelet som forårsaker sykdommen, hadde tilfeldigvis en høy frekvens blant grunnleggerne av populasjonen.

Når frekvensen av et recessivt sykdomsallel først har blitt høy, kan det ta lang tid før naturlig seleksjon reduserer forekomsten. Dette skyldes at de fleste kopiene av sykdomsallelet i genlageret finnes hos heterozygote individer. Siden sykdomsallelet er recessivt, er disse individene friske. De får derfor like mange barn som individer uten sykdomsallelet. Dermed blir sykdomsallelet ført videre til neste generasjon nesten like ofte som det normale allelet.

Flaskehalseffekten

Av og til kan populasjoner bli kraftig redusert i størrelse. Det kan skje på grunn av økologiske katastrofer, som et vulkanutbrudd eller en skogbrann. Det kan også skyldes menneskeskapte inngrep som jakt eller eller ødeleggelse av leveområder. Dette kalles en flaskehals. Virkningen på genlageret kalles flaskehalseffekten.

Flytt på glideren i figuren nedenfor for å se flaskehalseffekten.

Flaskehalseffekten ligner grunnleggereffekten: Populasjonen av overlevende vil ha mindre genetisk variasjon og andre allelfrekvenser enn før flaskehalsen oppstod.

Selv om populasjonen skulle vokse raskt etter flaskehalsen, tar det lang tid å bygge opp ny genetisk variasjon gjennom mutasjon. En stor populasjon som nylig har vært gjennom en flaskehals, vil derfor ha mindre genetisk variasjon enn en stor populasjon som ikke har gjennomgått en flaskehals.

Test deg selv