Vyrovnávací selekce: jak udržuje genetický polymorfismus
Vyrovnávací selekce: jak heterozygoti a frekvenčně závislá selekce udržují genetický polymorfismus a biologickou rozmanitost populací.
Vyrovnávací selekce označuje selekční procesy, při nichž se v genofondu populace udržují různé alely (různé verze genu) s frekvencemi vyššími, než je frekvence genové mutace. Jinými slovy: místo aby selekce vedla k rychlému odstranění genetické variability, působí tak, že rozmanitost v populaci přetrvává po dlouhá období.
K tomu obvykle dochází, když má heterozygot pro daný gen vyšší relativní fitness než homozygot. Tímto způsobem se genetický polymorfismus zachovává. Tento model, nazývaný overdominance nebo výhoda heterozygotů, znamená, že jedinci nesoucí dvě různé alely dosahují vyššího reprodukčního úspěchu než jedinci se dvěma stejnými alelami.
Galerie obrázků
4 Obrázky
Hlavní mechanismy vyrovnávací selekce
- Výhoda heterozygotů (overdominance) – heterozygoti mají vyšší fitness než oba typy homozygotů. Klasický příklad je tzv. srpkovitá anémie, kde nositelé jedné kopie mutované alely mívají odolnost vůči malárii, ale homozygoti s dvěma kopiemi trpí těžkým onemocněním.
- Selekce závislá na frekvenci – fitness jedné fenotypické varianty závisí na její frekvenci v populaci. U negativně frekvenčně závislé selekce mají vzácné varianty vyšší fitness (např. predátoři snáze loví běžné morfotypy, takže vzácné barvy se udrží).
- Prostorová a časová heterogenita prostředí – různé alely jsou výhodné na různých místech nebo v různých obdobích (sezónní změny, rozdílné lokální podmínky). Migrace mezi lokalitami a střídání selekčních tlaků udržují polymorfismus.
- Antagonistická pleiotropie a pohlavně závislá selekce – alela může být prospěšná v jednom aspektu života (nebo u jednoho pohlaví) a škodlivá v jiném, což může vést k vyrovnávání.
- Genetické mechanismy snižující rekombinaci – např. inversní chromozomální varianty mohou udržovat bloky alel, které jsou za určitých podmínek výhodné jako celek.
Příklady z přírody
- Srpkovitá anémie a malárie: Alela způsobující srpkovitou anémii je u heterozygotů částečně ochranná proti malárii, což vysvětluje, proč tato alela zůstává v populacích v oblastech s malárií i přes škodlivý účinek u homozygotů.
- MHC (hlavní histokompatibilní komplex): Geny MHC vykazují velmi vysokou polymorfii, která je interpretována jako důsledek vyrovnávací selekce související s rozmanitostí imunitní odpovědi vůči patogenům.
- Selekce závislá na frekvenci u dravců a kořisti: Například u některých druhů ryb, hmyzu nebo ptáků proměnlivost barevných morfů zůstává díky tomu, že predátoři preferují běžné varianty.
- Self-incompatibility u rostlin: Systémy, které brání samoopylení, udržují velký počet alel rozpoznávajících samostatnost, protože vzácné varianty mají výhodu při opylování.
Důkazy a metody rozpoznání
Důkazem vyrovnávajícího výběru může být počet alel v populaci, které se udržují nad frekvencí mutační rychlosti. Další nástroje a signály zahrnují:
- Statistické testy populace (např. pozitivní hodnoty Tajimaova D) indikující nadbytek polymorfismu vůči neutrálnímu očekávání.
- Dlouhé doby koalescence a vysoká heterozygotita u konkrétních lokusů.
- Trans-species polymorphism – sdílení alel mezi příbuznými druhy (např. u MHC), naznačující, že selekce udržuje varianty přes speciační události.
- Experimentální a ekologické pozorování: korelace mezi selekčními tlaky (např. přítomnost patogenů, predátorů) a udrženou variabilitou.
Důsledky pro evoluci a genetiku populací
Vyrovnávací selekce má několik důležitých následků:
- Udržuje genetickou rozmanitost, která poskytuje populacím „surovinu“ pro budoucí adaptaci na měnící se podmínky.
- Může udržovat i alely, které jsou v některých genotypech škodlivé (např. deleteriózní homozygoti), ale celkově přispívají k dlouhodobé adaptabilitě populace.
- Komplikuje modely jednoduché adaptace „nejlepší alela vítězí“ — realita často zahrnuje kompromisy a závislosti na kontextu (prostředí, hustota populace, interakce mezi jedinci).
Závěr
Vyrovnávací selekce je klíčový evoluční mechanismus vysvětlující, proč mnoho populací vykazuje vysoký stupeň genetické variability. Zahrnuje různé procesy (výhoda heterozygotů, frekvenčně závislá selekce, prostorově a časově proměnlivé selekční tlaky atd.), které společně umožňují udržet více alel v populaci, než by bylo možné vysvětlit pouze neutrálními procesy a novými mutacemi. Pozorování v terénu, laboratorní experimenty i genetické analýzy poskytují důkazy, že vyrovnávací selekce je běžným a evolučně významným jevem v přírodě.
Mechanismy vyrovnávacího výběru
Výhoda heterozygotů
Při heterozygotní výhodě neboli heterotickém vyrovnávacím výběru má jedinec, který je heterozygotem v určitém genovém lokusu, větší fitness než homozygotní jedinec. Polymorfismy udržované tímto mechanismem jsou balancované polymorfismy.
Dobře prozkoumaným případem je srpkovitá anémie u lidí, dědičné onemocnění, které poškozuje červené krvinky. Srpkovitá anémie je způsobena dědičností variantního genu pro hemoglobin (HgbS) po obou rodičích. U těchto jedinců je hemoglobin v červených krvinkách extrémně citlivý na nedostatek kyslíku, což způsobuje kratší délku života.
Člověk, který zdědí srpkovitý gen od jednoho rodiče a normální gen pro hemoglobin (HgbA) od druhého, má normální délku života. Heterozygot je odolný vůči malarickému parazitovi, který každoročně zabíjí velké množství lidí. Frekvence heterozygotů se udržuje vysoká díky tvrdé selekci proti oběma homozygotům.
Heterozygot má trvalou výhodu (vyšší fitness) všude tam, kde se malárie vyskytuje.
Výběr v závislosti na frekvenci
K selekci závislé na frekvenci dochází tehdy, když fitness fenotypu závisí na jeho frekvenci.
Při pozitivní selekci závislé na frekvenci se fitness fenotypu zvyšuje s tím, jak se stává běžnějším. Při negativním výběru závislém na frekvenci se fitness fenotypu zvyšuje s tím, jak se stává méně častým. Například při výměně kořisti jsou vzácné morfy kořisti vhodnější, protože predátoři se soustředí na častější morfy.
Fitness se mění v čase a prostoru
Zdatnost genotypu se může výrazně lišit mezi larválními a dospělými stádii nebo mezi jednotlivými částmi areálu výskytu.
Výběrové řízení na různých úrovních
Zdatnost genotypu může záviset na zdatnosti jiných genotypů v populaci: to se týká mnoha přírodních situací, kdy to, co je nejlepší udělat (z hlediska přežití a reprodukce), závisí na tom, co v danou chvíli dělají ostatní členové populace.
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je to balancující výběr?
Odpověď: Vyrovnávací selekce je proces, při kterém se v genofondu populace udržují různé alely s vyšší frekvencí, než je frekvence genových mutací.
Otázka: Proč dochází k vyrovnávacímu výběru?
Odpověď: K vyrovnávacímu výběru dochází, když má heterozygot pro určitý gen vyšší relativní fitness než homozygot.
Otázka: Co je to genetický polymorfismus?
Odpověď: Genetický polymorfismus znamená výskyt různých forem znaku, například různých alel, v populaci.
Otázka: Jak lze nalézt důkazy o vyrovnávacím výběru?
Odpověď: Důkazem vyrovnávacího výběru může být počet alel v populaci, které se udržují nad frekvencí mutační rychlosti.
Otázka: Je genetická variabilita běžná v panmiktických populacích?
Odpověď: Ano, všechny moderní výzkumy ukázaly, že v panmiktických populacích je běžná významná genetická variabilita.
Otázka: Jaké jsou Darwinovy a Wallaceovy zkušenosti s přírodními populacemi?
Odpověď: Darwin, Wallace a další badatelé vypozorovali, že přírodní populace ve volné přírodě jsou mimořádně rozmanité.
Otázka: Jakými dvěma hlavními způsoby působí vyrovnávací výběr na udržení polymorfismu?
Odpověď: Dva hlavní způsoby, kterými vyrovnávací výběr působí na udržení polymorfismu, jsou výhoda heterozygotů a výběr závislý na frekvenci.
Související články
Autor
AlegsaOnline.com Vyrovnávací selekce: jak udržuje genetický polymorfismus Leandro Alegsa
URL: https://cs.alegsaonline.com/art/8446