رانش ژنتیکی

مقدمه

مفهوم تکامل در علم زیست‌شناسی از مفاهیمی است که می‌توان آن را در چندین سطح بررسی کرد. یکی از مهم‌ترین سطوحی که تکامل در آن اتفاق می‌افتد، جمعیت‌ها است. هر جمعیت به مجموعه افرادی از یک گونه گفته می‌شود که در یک بازه زمانی، و در یک منطقه جغرافیایی خاص زندگی می‌کنند. افراد یک جمعیت باید بتوانند آزادانه با یکدیگر تولیدمثل انجام دهند و در نتیجه ژن‌های خود را با یکدیگر ترکیب و به نسل بعد منتقل کنند. بنابراین یک جمعیت پایدار حاصل رد و بدل شدن ژن‌ها بین افراد آن جمعیت است. طبق این تعریف می‌توان مفهومی به نام «خزانه ژنی» برای هر جمعیت تعریف کرد. فرض کنید گروهی ماهی در دریاچه‌ای، جمعیتی پایدار تشکیل داده‌اند. خزانه ژنی این جمعیت حاصل تمام ژن‌هایی است که در سلول‌های بدن این ماهیان وجود دارد. اگر تمام ماهی‌های این دریاچه بتوانند به یک اندازه با یکدیگر تولیدمثل کرده و تعداد برابری نوزاد به دنیا بیاورند، تمام ژن‌های موجود در این خزانه ژنی با همان نسبت به نسل بعدی منتقل خواهد شد. اما در واقعیت چنین اتفاقی نمی‌افتد. در دنیای واقعی، تکامل در سطح جمعیت اتفاق می‌افتد.

سازوکارهای غیرتصادفی تکامل

تکامل در سطح جمعیت به معنای تغییر در نسبت تعداد ژن‌ها به همدیگر است. همه ژن‌ها به یک اندازه برای فرد مفید (یا مضر) نیستند و هر فرد دقیقا به اندازه بقیه افراد جمعیت فرزندآوری نمی‌کند. مثال همان ماهی‌ها را در نظر بگیرید. ممکن است بعضی ماهی‌ها رنگ بسیار روشنی داشته باشند و در نتیجه نسبت به بستر تیره‌رنگ دریاچه تضاد رنگی بسیار واضحی داشته باشند. پرنده‌های ماهیگیر، این ماهیان را به راحتی تشخیص می‌دهند و آن‌ها را شکار می‌کنند. در نتیجه نسبت ژن‌های رنگ سفید به ژن‌های دیگر رنگ‌ها در هر نسل کم‌تر و کم‌تر می‌شود، تا در نهایت اغلب جمعیت این ماهی‌ها، تیره‌رنگ شوند. در مثال دوم فرض کنید که بعضی ماهی‌ها باله‌های بلند‌تری نسبت به دیگر ماهی‌ها داشته باشند. و همچنین فرض کنید که به هر دلیلی ماهی‌های ماده تمایل بیشتری داشته باشند تا با ماهی‌های نر باله‌بلند آمیزش کنند. در این حالت ماهی‌های نر باله‌کوتاه کشته و شکار نمی‌شوند، اما تعداد فرزندان کمتری خواهند داشت (زیرا ماهی‌های باله‌بلند فرصت بیشتری برای تولیدمثل در این جمعیت دارند). نتیجه این می‌شود که هر نسل ماهی‌هایی به دنیا می‌آیند که بیشتر فرزند نرهای باله‌بلند هستند و در نتیجه ژن باله‌بلند را در سلول‌هایشان دارند. به این ترتیب باز هم نسبت ژنی در خزانه ژنی تغییر می‌کند، ژن‌ (یا ژن‌های) سازنده باله بلند در خزانه ژنی بیشتر می‌شود. این همان تکامل در سطح جمعیت است که با دو سازوکار انتخاب طبیعی (کشته شدن ماهی‌های سفید) و انتخاب جنسی (کمتر بچه‌دار شدن ماهی‌های باله‌کوتاه) در این جمعیت به وقوع پیوسته است. اما باز هم این همه داستان نیست. سازوکار بسیار مهم دیگری هم برای تکامل خزانه ژنی جمعیت‌ها وجود دارد: رانش ژنتیکی.

سازوکار تصادفی تکامل

رانش ژنتیکی به تغییر فراوانی ژن‌ها در خزانه ژنی به صورت کامل اتفاقی و تصادفی گفته می‌شود. نمی‌توان انتظار داشت که انتخاب طبیعی همواره باعث بیشتر شدن فراوانی ژن‌های مفید شود. حیات عقل ندارد. ممکن است گوزنی در حال چرا با یک صاعقه کاملا از بین برود. اگر جمعیت این گوزن (فرضا) ۳ راس باشد، با این اتفاق تصادفی یک سوم تمام ژن‌های خزانه ژنی آن جمعیت از بین می‌رود. اتفاقات تصادفی مانند این می‌تواند فراوانی آلل‌های جمعیت‌ها را تا نسل‌های متمادی و حتی تا ابد تغییر دهد. دو حالت بسیار معروف رانش ژنتیکی، اثر دهانه بطری و اثر بنیان‌گذار است.

مثال‌هایی درباره رانش ژنتیکی

زمانی که جنگلی آتش می‌گیرد، سرعت پراکنش آتش و گرمای ایجاد شده آنقدر زیاد است که بسیاری از موجودات درون جنگل نمی‌توانند از آن فرار کنند. فرقی ندارد که در جمعیت روباه‌های آن جنگل، آن روباهی باشید که دم بسیار بلند، دندان‌های تیز، و موهایی براق دارد، یا آن روباهی که دم کوچک و موهای کدری دارد. هر دو روباه به یک اندازه در معرض خطری غیرمترقبه‌اند. این که از جمعیت آن روباه‌ها کدام یک زنده می‌مانند تقریبا تنها مسئله شانس و تصادف است. جمعیت روباه‌ها بعد از آتش‌سوزی، متشکل از روباه‌هایی است که معجزه‌وار زنده مانده‌اند. حال اگر شانس با روباه‌های دم کوتاه و ضعیفمان بوده باشد خزانه ژنی نسل بعد پر از ژن‌های همین روباه است. این همان اثردهانه بطری است.

مثال دیگری اثر بنیان‌گذار را بهتر توضیح می‌دهد. گروه کوچکی از پرنده‌ها را فرض کنید که از جمعیتشان جدا می‌شوند و به محل دیگری (مثلا یک جزیره) می‌روند.احتمالا این گروه کوچک از لحاظ خزانه ژنی با جمعیت اصلی تفاوت‌هایی دارند. فرض کنید از یک کیسه بزرگ (خزانه ژنی جمعیت اصلی) پر از توپ‌های سفید و قرمز و آبی، مشتی توپ برداریم (خزانه ژنی گروه جدا شده). احتمالا نسبت تعداد توپ‌ها در گروه کوچک‌تر با نسبت توپ‌ها در کیسه اصلی متفاوت خواهد بود، هر چقدر هم که توپ‌های کمتری برداریم، احتمال وجود این تفاوت بیشتر خواهد شد. پس زمانی که گروهی از پرندگان مدنظرمان، جمعیت اصلیشان را ترک کنند، به محل دیگری بروند و آن جا جمعیت جدیدی ایجاد کنند، خزانه ژنی جمعیت جدید با خزانه ژنی جمعیت اصلی متفاوت است و این می‌شود تکامل از طریق رانش ژنی (مدل اثر بنیان‌گذار)

نکته بسیار مهمی در هر دو مدل رانش ژنتیکی و به طور کلی در بقیه مدل‌های رانش‌ ژنتیکی مشترک است و آن هم تعداد کم افراد جمعیتی است که رانش در آ‌ن‌‌ها رخ می‌دهد. یکی از شروط بسیار مهم در تکامل از طریق رانش ژنتیکی این است که تعداد افراد جمعیت مدنظر کم باشد. هر چقدر تعداد جمعیت کم‌تر باشد، احتمال آنکه تفاوت‌ها بارزتر و مشخص‌تر باشند، بیشتر می‌شود. در نمونه‌برداری‌های علمی نیز همین نکته بسیار مدنظر است. اگر تعداد نمونه‌ها از یک جمعیت کم باشد، آن نمونه‌ها با توجه به تفاوتشان با جمعیت اصلی نمی‌توانند به خوبی بیانگر جمعیت اولیه‌شان باشند.

نقش تصادف در تکامل چگونه است؟

بنابراین مشخص می‌شود که نقش تصادف در روندهای تکاملی کم هم نیست. همان‌طور که گفتیم نمی‌توان انتظار داشت که طبیعت عاقلانه رفتار کند. پدیده‌های تصادفی بسیاری در زیست‌شناسی رخ می‌دهند و همین پدیده‌ها می‌توانند شکل و ساختار جمعیت‌ها را تغییر دهند. حتی بعضی اوقات بر خلاف انتخاب طبیعی.

نویسنده: آرش رئیس‌بهرامی

تکامل، رانش ژنتیکی، انتخاب طبیعی، انتخاب جنسی، داروین

آکادمی دگرگشت ایرانیان