文章来源:海洋与湿地
上图:埃朗吉·亨肯达(Erangi Heenkenda)是《国家科学院院刊》(PNAS)论文的共同第一作者,她本月刚刚从普渡大学获得了森林资源与自然资源学博士学位,现在正准备从冷冻的鳉鱼中取样,以用于基因组测序。(图源: 普渡大学农业传播部 / 汤姆·坎贝尔)
上图:种群统计推断与取样地点。(A)最有可能的三种种群统计模型表明,祖先种群(Nanc)大约在4153年前以95%:5%的比例分裂,形成了MS、p11、p21和SC、p12、p22等初级种群。这两个种群在接下来的近1700年内保持种群稳定,随后在2475年前经历了强烈的种群瓶颈,形成了当代的MS种群,其种群规模经历了p11(p21)的线性下降。SC和LR的当代种群起源于p12种群,在种群规模(p22)经历指数下降后形成;LR约在60年前从p22的约10%祖先中建立,当代SC鳉鱼约含有p22祖先的90%。颜色对应于两个ESU,MS ESU1 = 蓝色,SC/LR ESU2 = 黑色。每个估计值的种群规模估计值和95% CI详见附录表S1。这些结果表明a)MS的鳉鱼在过去约4000年中一直处于孤立状态,b)LR最近是从SC种群中建立的,与已知的引种历史(12)一致。(B)地图显示了三个被取样的C. tularosa种群的地理位置。研究者没有取样的两个提议的重新定位点(18),北矿泉和巴雷尔矿泉也包括在内,并用三角形标示。来源:Andrew N. Black et al
白沙鳉鱼是一种独特的鱼类,在世界其他地方找不到。(照片来源:美国国家公园管理局)
海洋与湿地·小百科
遗传漂变(genetic drift)是一种进化机制,它在小种群中通过随机事件引起基因频率变化,与自然选择不同,遗传漂变不依赖个体的适应性特征,而是由随机因素引发的。这些随机因素包括种群数量波动、个体间的随机配对和生殖偶然性等。
遗传漂变的特点之一是其高度随机性。基因频率的变化是由随机事件引起的,结果无法预测。在小种群中,遗传漂变的效果尤其显著,因为随机事件对基因频率的影响在小种群中更大。而在大种群中,个体的基因数量庞大,随机事件的影响被平均,效果较小。
随着遗传漂变的进行,基因频率会在代际间发生随机波动,甚至可能导致某些基因的完全消失或固定,这意味着所有个体都携带相同的基因。种群瓶颈效应是遗传漂变的一个重要方面,当种群数量急剧减少(例如由于自然灾害或人类捕猎),基因多样性显著下降,遗传漂变的效应也更加显著。
另一个相关概念是“创始者效应”。当一小部分个体从大种群中分离出来并建立新种群时,遗传漂变会强烈影响新种群的基因频率,因为新种群的基因频率由少数创始个体决定。
在本文中提到的普度大学这项最新研究中,科学家们揭示了南新墨西哥州濒危鳉鱼的种群瓶颈效应和地理隔离导致的显著遗传漂变。约5000年前,卡里索佐火山喷发形成的地理障碍将鳉鱼种群分隔开来,使它们在隔离的环境中经历了快速的基因频率变化,最终分化成两个不同的物种。这一研究,不仅深化了我们对鳉鱼进化机制的理解,还提示在其他沙漠鳉鱼物种中,遗传漂变可能也是一种常见的进化机制。
创始者效应(founder effect)是遗传学中的一个重要概念,指的是当一个新种群由少数个体创立时,这个新种群的基因频率与原始大种群的基因频率可能会有显著差异。由于创始个体数量少,它们所携带的基因只代表了原始种群的一小部分基因多样性,这种情况会导致新种群在遗传上与原种群不同。
创始者效应在遗传漂变的背景下尤为重要,因为它解释了为何新种群在基因频率上可能会迅速偏离原始种群。这种效应常发生在物种迁移、新栖息地的建立或地理隔离等情形中。
具体来说,当少数个体从一个大种群中分离出来、并迁移到一个新的地点并建立新种群时,这些创始个体的基因库就成为新种群的遗传基础。如果创始个体的基因频率跟原始种群不同,那么,新种群的基因频率也会随之不同。这种遗传漂变的影响在小种群中尤其明显,因为随机事件在小种群中对基因频率的影响更大。
创始者效应的结果可能是新种群中的某些基因频率被显著放大或缩小,甚至可能导致某些基因的丧失或固定。由于新种群基因库的有限性,这些基因频率变化可能会影响新种群的进化路径和适应性特征。
创始者效应在进化生物学中具有重要意义,因为它不仅解释了新种群的遗传多样性变化,还揭示了物种分化和进化的重要机制之一。例如,岛屿生物的独特性和多样性往往就是创始者效应的结果,因为岛屿上的生物种群通常由少数迁徙个体建立,其遗传漂变效应显著。
本文仅代表资讯,不代表平台观点。
欢迎转发(请注明来源)。
编译 | 王芊佳
审核 | Maggie
排版 | 绿叶