유전 적 드리프트 : 원인, 결과, 예 - 생물학 - 2026

유전 드리프트 또는 유전자 집단의 변동 또는 변형, 순수 랜덤 대립 주파수 발생 확률 진화 메커니즘이다.

Charles Darwin의 자연 선택과 유전자 드리프트는 인구의 진화 적 변화와 관련된 가장 중요한 두 가지 과정입니다. 결정 론적 비 무작위 과정으로 간주되는 자연 선택과는 달리 유전자 드리프트는 집단 또는 일배 체형에서 대립 유전자 빈도의 무작위 변동으로 입증되는 과정입니다.

출처 : Anjile, Wikimedia Commons

유전자 드리프트는 비 적응 적 진화로 이어집니다. 사실 유전 적 표류가 아닌 자연 선택은 다양한 수준 (해부학 적, 생리 학적 또는 윤리적)에서 유기체의 모든 적응을 설명하는 데 사용되는 유일한 메커니즘입니다.

그렇다고 유전자 드리프트가 중요하지 않다는 의미는 아닙니다. 이 현상의 가장 놀라운 결과 중 하나는 DNA와 단백질 서열의 차이 사이의 분자 수준에서 관찰됩니다.

역사

유전자 드리프트 이론은 1930 년대 초에 세월 라이트라는 유명한 생물 학자이자 유전 학자에 의해 개발되었습니다.

마찬가지로 Motoo Kimura의 기여는이 분야에서 예외적이었습니다. 이 연구원은 분자 진화의 중립 이론을 이끌 었으며, 여기서 그는 유전자 드리프트의 효과가 DNA 서열 수준에서 진화에 중요한 기여를한다고 밝혔습니다.

이 저자들은 유전자 드리프트가 생물학적 집단에서 어떻게 작동하는지 이해하기 위해 수학적 모델을 고안했습니다.

원인

유전자 드리프트의 원인은 확률 적 현상, 즉 무작위입니다. 인구 유전학에 비추어 볼 때 진화는 인구의 대립 유전자 빈도의 시간 경과에 따른 변화로 정의됩니다. 드리프트는 "샘플링 오류"라고하는 임의의 이벤트에 의해 이러한 주파수를 변경합니다.

유전자 드리프트는 샘플링 오류로 간주됩니다. 각 세대에 포함 된 유전자는 이전 세대가 보유한 유전자의 샘플입니다.

모든 샘플은 샘플링 오류가 발생할 수 있습니다. 즉, 샘플에서 찾은 여러 항목의 비율은 우연히 변경 될 수 있습니다.

흰색 칩 50 개와 검은 색 칩 50 개가 들어있는 가방이 있다고 가정 해 보겠습니다. 이 중 10 개를 가져 가면 우연히 4 개 흰색과 6 개 검정색이 나옵니다. 또는 7 흰색과 3 검은. 이론적으로 기대되는 값 (각 색상의 5 및 5)과 실험적으로 얻은 값 사이에는 불일치가 있습니다.

효과 편집

유전자 드리프트의 영향은 집단의 대립 유전자 빈도의 무작위 변화로 입증됩니다. 우리가 언급했듯이 이것은 다양한 특성과 적합성 사이에 관계가 없을 때 발생합니다. 시간이 지남에 따라 대립 유전자가 고정되거나 인구에서 손실됩니다.

진화 생물학에서 적합성이라는 용어는 유기체가 번식하고 생존하는 능력을 가리키는 것으로 널리 사용됩니다. 매개 변수는 0과 1 사이에서 다양합니다.

따라서 드리프트에 따라 달라지는 특성은 개인의 번식 및 생존과 관련이 없습니다.

대립 유전자의 손실은 유전자 드리프트의 두 번째 효과, 즉 집단에서 이형 접합성의 손실로 이어집니다. 특정 궤적에서의 변동이 감소하고 결국 손실됩니다.

대립 유전자가 손실되거나 고정 될 확률을 어떻게 계산합니까?

모집단에서 대립 유전자가 고정 될 확률은 연구 당시의 빈도와 같습니다. 대체 대립 유전자의 부착 빈도는 1-p입니다. 여기서 p는 대립 유전자 빈도와 같습니다.

이 빈도는 이전 대립 유전자 빈도 변화 이력의 영향을받지 않으므로 과거를 기반으로 한 예측도 할 수 없습니다.

반대로 대립 유전자가 돌연변이에 의해 발생한 경우 고정 확률은 p = 1/2 N입니다. 여기서 N은 모집단의 수입니다. 이것이 돌연변이에 의해 나타나는 새로운 대립 유전자가 작은 집단에서 수정하기 쉬운 이유입니다.

독자는 분모가 더 작을 때 p의 값이 어떻게 영향을 미치는지 추론해야합니다. 논리적으로 확률은 증가합니다.

따라서 유전자 드리프트의 효과는 소규모 집단에서 더 빠르게 진행됩니다. 2 배체 집단 (우리 인간과 같은 두 세트의 염색체)에서 새로운 대립 유전자의 부착은 평균 4N 세대마다 발생합니다. 시간은 인구의 N이 증가함에 따라 비례 적으로 증가합니다.

출처 : Wikimedia Commons의 marginalia 교수

유효 인구 수

이전 방정식에 나타난 N은 모집단을 구성하는 개인 수와 동일한 값을 나타내지 않습니다. 즉, 유기체에 대한 인구 조사와 동일하지 않습니다.

집단 유전학에서는 "유효 집단 수"(Ne) 매개 변수가 사용되며 일반적으로 모든 개인보다 적습니다.

예를 들어, 소수의 남성 만이 지배하는 사회 구조를 가진 일부 인구에서는 이러한 지배적 인 남성의 유전자가 나머지 남성과 비교하면 불균형하게 기여하기 때문에 유효 인구 수가 매우 낮습니다.

이러한 이유로 인구가 예상보다 작기 때문에 인구 조사를 수행하면 유전자 드리프트가 작용하는 속도 (및 이형 접합성이 손실되는 속도)가 예상보다 커집니다.

가상 인구에서 우리가 20,000 명의 개체를 계산하지만 2,000 명만 번식하면 유효 인구의 수가 감소합니다. 그리고 모든 유기체가 개체군에서 발생하지 않는이 현상은 자연 개체군에 널리 분포되어 있습니다.

병목 현상 및 설립자 효과

우리가 언급하고 수학적으로 증명했듯이, 드리프트는 작은 집단에서 발생합니다. 그렇게 빈번하지 않은 대립 유전자는 손실 될 가능성이 더 큽니다.

이 현상은 인구가“병목 현상 (bottleneck)”이라는 사건을 경험 한 후에 흔히 발생합니다. 이는 예상치 못한 또는 재앙적인 사건 (예 : 폭풍 또는 눈사태)에 의해 상당수의 인구가 제거 될 때 발생합니다.

즉각적인 효과는 집단의 유전 적 다양성의 감소, 유전자 풀 또는 유전자 풀의 크기 감소 일 수 있습니다.

병목 현상의 특별한 경우는 창립자 효과로, 소수의 개인이 초기 모집단에서 분리되어 고립되어 발전합니다. 나중에 제시 할 예에서이 현상의 결과가 무엇인지 알 수 있습니다.

출처 : Anjile, Wikimedia Commons

DNA 수준에서의 효과 : 분자 진화의 중립 이론

분자 진화의 중립 이론은 Motoo Kimura가 제안했습니다. 이 연구원의 아이디어 이전에 Lewontin & Hubby는 효소 수준에서 높은 비율의 변이가 이러한 모든 다형성 (변이)을 능동적으로 유지할 수 없다는 것을 이미 발견했습니다.

Kimura는 이러한 아미노산 변화가 유전자 드리프트와 돌연변이에 의해 설명 될 수 있다고 결론지었습니다. 그는 DNA와 단백질 수준에서 유전자 드리프트 메커니즘이 근본적인 역할을한다고 결론지었습니다.

중립이라는 용어는 고정 (빈도 1에 도달)을 관리하는 대부분의 기본 대체가 체력과 관련하여 중립적이라는 사실을 나타냅니다. 이러한 이유로 드리프트에 의해 발생하는 이러한 변동에는 적응 적 의미가 없습니다.

중립적 인 돌연변이가있는 이유는 무엇입니까?

개인의 표현형에 영향을 미치지 않는 돌연변이가 있습니다. 새로운 유기체를 만들고 개발하기위한 모든 정보는 DNA로 암호화됩니다. 이 코드는 번역 과정에서 리보솜에 의해 해독됩니다.

유전자 코드는 "트리플렛"(3 자 세트)로 판독되며 3 자마다 아미노산 코드가됩니다. 그러나 유전자 코드가 퇴화되어 동일한 아미노산을 암호화하는 코돈이 하나 이상 있음을 나타냅니다. 예를 들어, 코돈 CCU, CCC, CCA 및 CCG는 모두 아미노산 프롤린을 암호화합니다.

따라서 CCU 서열이 CCG로 변경되면 번역 산물은 프롤린이되고 단백질 서열에는 변형이 없습니다.

유사하게, 돌연변이는 화학적 특성이 많이 변하지 않는 아미노산으로 변할 수 있습니다. 예를 들어, 알라닌이 발린으로 변하면 단백질의 기능에 미치는 영향을 감지 할 수 없습니다.

이것이 모든 경우에 유효하지는 않습니다. 효소의 활성 부위와 같이 기능에 필수적인 단백질의 일부에서 변화가 발생하면 건강에 미치는 영향이 매우 클 수 있습니다.

예

가상의 예 : 달팽이와 소

달팽이와 소가 공존하는 초원을 상상해보십시오. 달팽이 개체군에서 우리는 검은 껍질과 노란색 껍질의 두 가지 색을 구분할 수 있습니다. 달팽이 사망률의 결정적인 요소는 소의 발자국입니다.

그러나 달팽이가 밟 히면 무작위 이벤트이므로 껍데기의 색상에 의존하지 않습니다. 이 가상의 예에서 달팽이 개체군은 동일한 비율의 색상 (검은 달팽이 50 개와 노란색 달팽이 50 개)으로 시작합니다. 소의 경우 6 개의 검은 색과 2 개의 노란색 만 제거하면 색상 비율이 변경됩니다.

같은 방식으로, 다음 사건에서 노란색이 더 큰 비율로 죽을 수 있습니다. 색상과 부서 질 가능성 사이에 관계가 없기 때문입니다 (그러나 "보상"효과의 유형은 없습니다).

달팽이의 비율은 시간이 지남에 따라 어떻게 변할까요?

이 무작위 프로세스 동안 검정색과 노란색 껍질의 비율은 시간이 지남에 따라 변동합니다. 결국 포탄 중 하나는 0 또는 1의 두 가지 제한 중 하나에 도달합니다.

빈도가 1에 도달하면-노란색 껍질 대립 유전자의 경우 모든 달팽이가이 색이됩니다. 그리고 짐작할 수 있듯이 검은 껍질에 대한 대립 유전자는 사라질 것입니다.

그 대립 유전자를 다시 가질 수있는 유일한 방법은 개체군이 이동이나 돌연변이에 의해 들어가는 것입니다.

유전자 드리프트 행동 : 치타

유전자 드리프트 현상은 자연 개체군에서 관찰 할 수 있으며 가장 극단적 인 예는 치타입니다. 이 빠르고 세련된 고양이는 Acinonyx jubatus 종에 속합니다.

약 10,000 년 전에 치타와 다른 대규모 포유류 개체군은 극심한 멸종 사건을 경험했습니다. 이 사건은 치타 인구에 "병목 현상"을 일으켰으며 소수의 개인 만이 살아 남았습니다.

홍적세 파국적 현상의 생존자들은 오늘날의 모든 치타를 일으켰습니다. 근친 교배와 결합 된 드리프트의 영향은 인구를 거의 완전히 균질화했습니다.

사실,이 동물들의 면역 체계는 모든 개인에서 거의 동일합니다. 어떤 이유로 든 회원 중 한 명이 장기 기증을 필요로한다면 동료 중 누구라도 거부 가능성없이 그렇게 할 수 있습니다.

기부는 신중하게 수행되는 절차이며, 매우 가까운 가족의 경우에도“외부 에이전트”를 공격하지 않도록 수혜자의 면역 체계를 억제해야합니다.이를 형제 또는 자녀라고합니다.

인간 집단의 예 : Amish

병목 현상과 창립자 효과는 현재 인구에서도 발생하며 의료 분야에서 매우 관련있는 결과를 가져옵니다.

Amish는 종교 단체입니다. 그들은 매우 높은 빈도의 질병과 유전 적 병리를 앓고있을뿐만 아니라 기술 및 기타 현대적인 편의가없는 단순한 생활 방식이 특징입니다.

약 200 명의 식민지 개척자들이 유럽에서 미국 펜실베니아에 도착하여 같은 회원들 사이에서 번식하기 시작했습니다.

식민지 개척자 중에는 Ellis-van Creveld 증후군을 포함한 상 염색체 열성 유전 질환의 보균자가 있었던 것으로 추측됩니다. 이 증후군은 왜소증과 다지증 (손가락 수가 많고 5 자리 이상)의 특징이 있습니다.

이 질병은 0.001의 빈도로 초기 인구에 있었고 0.07로 크게 증가했습니다.

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