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32.3: Mutation, Genfluss und genetische Drift
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Mutation, Gene Flow, and Genetic Drift
 
PROTOKOLLE

32.3: Mutation, Gene Flow, and Genetic Drift

32.3: Mutation, Genfluss und genetische Drift

In a population that is not at Hardy-Weinberg equilibrium, the frequency of alleles changes over time. Therefore, any deviations from the five conditions of Hardy-Weinberg equilibrium can alter the genetic variation of a given population. Conditions that change the genetic variability of a population include mutations, natural selection, non-random mating, gene flow, and genetic drift (small population size).

Mechanisms of Genetic Variation

The original sources of genetic variation are mutations, which are changes in the nucleotide sequence of DNA. Mutations create new alleles and increase genetic variability. Most mutations do not cause significant changes to the health or functioning of an organism. However, if a mutation reduces the chances of survival, the organism may die before reproducing. Therefore, such harmful mutations are likely to be eliminated by natural selection.

Individuals in natural populations may also select their mates based on certain characteristics, and thus do not reproduce randomly. In this case, alleles for the traits that are selected against will become less frequent in the population.

Furthermore, populations can experience gene flow, the transfer of alleles into and out of gene pools, due to migration. A classic example of gene flow is observed in most baboon species. Female baboons mate most frequently with dominant males in a troop. Juvenile male baboons almost always leave their birth troops, likely to avoid inbreeding, and join a new troop, where they may pass their genes to offspring.

In genetic drift, chance events alter the allele frequencies of a population. A major disturbance, such as a natural disaster, may drastically reduce population size and thereby diminish genetic variation. The resulting composition of the gene pool was selected randomly (i.e., surviving the disturbance was not determined by the genetic make-up of the individual). Such a reduction of genetic diversity is called a genetic bottleneck.

Sometimes, a population may become fragmented into smaller populations due to urban development or other events. A new population is started by a small group of members of the original population and by chance, a previously rare allele may be relatively frequent. This effect on gene frequencies is known as the founder effect.

Importance of Genetic Variability

Genetic variation is the basis for evolution. Natural selection can occur only if multiple forms of genes (alleles) are present in the population—favoring alleles that confer a fitness advantage under current conditions. On the other hand, loss of genetic variation can have detrimental effects on populations. If the gene pool does not contain gene variants that promote survival and reproduction when the environment changes, the population cannot adapt and may vanish. These negative effects are more pronounced in smaller populations, as the gene pool is smaller to begin with. Smaller populations are hence more vulnerable to stochastic events. Conservation efforts often focus on increasing genetic variability via selective breeding of individuals in small and endangered populations.

In einer Population die kein Hardy-Weinberg-Gleichgewicht aufweist, ändert sich die Häufigkeit der Allele im Laufe der Zeit. Jede Abweichung von den fünf Bedingungen des Hardy-Weinberg-Gleichgewichts kann daher die genetische Variation einer bestimmten Population verändern. Zu den Bedingungen, welche die genetische Variabilität einer Population verändern, gehören Mutationen, natürliche Selektion, nicht-zufällige Paarung, Genfluss und genetische Drift (kleine Populationsgröße).

Mechanismen der genetischen Variation

Die ursprünglichen Quellen der genetischen Variation sind Mutationen. Mutationen sind Veränderungen in der Nukleotidsequenz der DNA. Diese schaffen neue Allele und erhöhen die genetische Variabilität. Die meisten Mutationen verursachen keine signifikanten Veränderungen der Gesundheit oder der Funktionsweise eines Organismus. Wenn jedoch eine Mutation die Überlebenschancen verringert, kann der Organismus vor der Fortpflanzung sterben. Daher werden solche schädlichen Mutationen wahrscheinlich durch natürliche Selektion eliminiert.

Individuen in natürlichen Populationen können ihre Partner auch auf der Grundlage bestimmter Merkmale auswählen und reproduzieren sich daher nicht zufällig. In diesem Fall werden die Allele für die Merkmale, gegen die selektiert wird, in der Population seltener werden.

Außerdem können Populationen aufgrund von Migration einen Genfluss, den Transfer von Allelen in und aus Genpools, erleben. Ein klassisches Beispiel für Genfluss wird bei den meisten Pavianarten beobachtet. Weibliche Paviane paaren sich am häufigsten mit dominanten Männchen in einer Gruppe. Junge männliche Paviane verlassen fast immer ihre Gruppe, in der sie geboren wurden, um wahrscheinlich Inzucht zu vermeiden. Sie schließen sich einer neuen Gruppe an, in der sie ihre Gene an die Nachkommen weitergeben können.

Bei der genetischen Drift verändern Zufallsereignisse die Allelhäufigkeiten einer Population. Eine größere Störung, wie z.B. eine Naturkatastrophe, kann die Populationsgröße drastisch reduzieren und dadurch die genetische Variation verringern. Die resultierende Zusammensetzung des Genpools wurde zufällig ausgewählt (d.h. das Überleben der Störung wurde nicht durch die genetische Ausstattung des Individuums bestimmt). Eine solche Verringerung der genetischen Vielfalt wird als genetischer Flaschenhals bezeichnet.

Manchmal kann eine Bevölkerung aufgrund von Stadtentwicklung oder anderen Ereignissen in kleinere Bevölkerungsgruppen zersplittert werden. Eine neue Population wird von einer kleinen Gruppe von Mitgliedern der ursprünglichen Bevölkerung gegründet, und zufällig kann ein zuvor seltenes Allel relativ häufig vorkommen. Dieser Effekt auf die Genfrequenzen nennt man den Gründereffekt.

Wichtigkeit der genetischen Variabilität

Die genetische Variation ist die Grundlage der Evolution. Natürliche Selektion kann nur dann stattfinden, wenn mehrere Formen von Genen (Allele) in der Bevölkerung vorhanden sind, wobei Allele bevorzugt werden, die unter den gegenwärtigen Bedingungen einen Vorteil für die Fitness bringen. Andererseits kann der Verlust der genetischen Variation nachteilige Auswirkungen auf die Populationen haben. Wenn der Genpool keine Genvarianten enthält, die das Überleben und die Fortpflanzung fördern kann dies negative Auswirkungen auf die Art haben. Wenn sich die Umwelt verändert, kann sich die Population nicht anpassen und möglicherweise aussterben. Diese negativen Auswirkungen sind bei kleineren Populationen stärker ausgeprägt, da der Genpool zunächst kleiner ist. Kleinere Populationen sind daher anfälliger für stochastische Ereignisse. Die Erhaltungsbemühungen konzentrieren sich oft auf die Erhöhung der genetischen Variabilität durch selektive Zucht von Individuen in kleinen und gefährdeten Populationen.


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