رانش ژنتیکی: تغییر تصادفی فرکانس آلل در جمعیت‌های کوچک

رانش ژنتیکی: تغییر تصادفی در جمعیت‌های کوچک

رانش ژنتیکی چیست؟

تصور کنید یک کیسه پر از توپ‌های رنگی دارید: 100 توپ آبی و 100 توپ قرمز. این کیسه نشان‌دهندهٔ یک جمعیت بزرگ با دو نوع آلل (آبی و قرمز) است. اگر شما به طور تصادفی فقط 10 توپ از این کیسه بردارید، ممکن است به طور شانسی 7 توپ آبی و 3 توپ قرمز انتخاب کنید. در نسل بعد، این نسبت جدید (70٪ آبی، 30٪ قرمز) مبنای جدید جمعیت خواهد بود، حتی اگر هیچ کدام از این رنگ‌ها برتری خاصی نداشته باشند. این تغییر تصادفی در فراوانی، همان رانش ژنتیکی است.

در زیست‌شناسی، رانش ژنتیکی به تغییرات تصادفی در فراوانی انواع مختلف ژن‌ها (آلل‌ها) در یک جمعیت گفته می‌شود. این پدیده در جمعیت‌های کوچک اثر قوی‌تری دارد، زیرا نمونه‌گیری تصادفی از یک گروه کوچک می‌تواند به راحتی نسبت‌ها را به هم بزند.

مقایسه رانش ژنتیکی با انتخاب طبیعی

درک تفاوت بین این دو نیروی فرگشتی بسیار مهم است. انتخاب طبیعی فرآیندی غیرتصادفی است که در آن آلل‌های مفید و سازگارتر، شانس بیشتری برای بقا و تولیدمثل دارند. در مقابل، رانش ژنتیکی کاملاً تصادفی است و حتی آلل‌های خنثی یا کمی مضر نیز می‌توانند به طور شانسی گسترش یابند.

اثر اندازه جمعیت و نمونه‌برداری تصادفی

اثر رانش ژنتیکی به شدت به اندازه جمعیت بستگی دارد. در یک جمعیت بسیار بزرگ، نمونه‌برداری تصادفی از ژن‌ها برای تشکیل نسل بعد، معمولاً منعکس‌کنندهٔ دقیق فراوانی آلل‌ها در جمعیت والد است. اما در یک جمعیت کوچک، خطای نمونه‌برداری بزرگ است.

برای درک بهتر، بازی "شیر یا خط" را در نظر بگیرید. اگر شما سکه‌ای را فقط 4 بار پرتاب کنید، ممکن است به راحتی 3 شیر و 1 خط بیاورید (75٪ شیر). اما اگر سکه را 1000 بار پرتاب کنید، نتیجه به احتمال زیاد بسیار نزدیک به 50٪ شیر و 50٪ خط خواهد بود. جمعیت‌های زیستی نیز به همین صورت عمل می‌کنند؛ نوسانات تصادفی در جمعیت‌های کوچک بسیار چشمگیرتر است.

دو نمونه کلیدی: اثر گلوگاه و اثر بنیان‌گذار

رانش ژنتیکی می‌تواند در دو موقعیت خاص به شدت تقویت شود:

اثر گلوگاه⁶: این پدیده زمانی رخ می‌دهد که اندازه یک جمعیت بزرگ به طور موقت و به دلیل یک فاجعه (مانند سیل، آتش‌سوزی یا بیماری) به شدت کاهش یابد. افرادی که از این "گلوگاه" عبور می‌کنند و جمعیت جدید را تشکیل می‌دهند، تنها بخش کوچکی از تنوع ژنتیکی جمعیت اصلی را در خود دارند. برای مثال، جمعیت چل‌تان⁷ها در شمال آمریکا در گذشته‌ای نه چندان دور از تعداد بسیار کمی (شاید کمتر از 100 فرد) عبور کرده‌اند که منجر به کاهش شدید تنوع ژنتیکی در آن‌ها شده است.

اثر بنیان‌گذار⁸: این اثر زمانی اتفاق می‌افتد که تعداد کمی از افراد یک جمعیت بزرگ جدا شده و یک جمعیت کاملاً جدید را در یک مکان جداگانه (مثل یک جزیره) تشکیل دهند. مجموعه ژنتیکی این جمعیت جدید تنها شامل آلل‌های موجود در آن چند "بنیان‌گذار" اولیه است. برای نمونه، بیماری "هموکروماتوز ارثی" در بین ساکنان جزیرهٔ "شهرداری" در دریای "شمال" شایع است زیرا یکی از بنیان‌گذاران اولیه این جزیره ناقل این آلل بوده و به طور تصادفی این ویژگی در جمعیت کوچک اولیه گسترش یافته است.

کاربرد رانش ژنتیکی در دنیای واقعی

مفهوم رانش ژنتیکی فقط محدود به کتاب‌های درسی نیست. پرورش‌دهندگان حیوانات و گیاهان از این مفهوم آگاهند. وقتی یک پرورش‌دهنده سگ، تنها از چند سگ نژاد خاص برای تولید نسل‌های آینده استفاده می‌کند، به طور ناخواسته در معرض رانش ژنتیکی قرار می‌گیرد. ممکن است برخی آلل‌های مفید به طور تصادفی از دست بروند یا آلل‌های مسئله‌دار به طور تصادفی شایع شوند. این یکی از دلایل اهمیت حفظ "ذخایر ژنتیکی" بزرگ در کشاورزی و حفاظت از گونه‌های در معرض خطر است تا از کاهش تنوع ژنتیکی جلوگیری شود.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹ رانش ژنتیکی (Genetic Drift)
² فرگشت (Evolution)
³ آلل (Allele): انواع مختلف یک ژن.
⁴ انتخاب طبیعی (Natural Selection)
⁵ تثبیت (Fixation): وقتی فراوانی یک آلل به 100٪ برسد.
⁶ اثر گلوگاه (Bottleneck Effect)
⁷ چل‌تان (Cheetah)
⁸ اثر بنیان‌گذار (Founder Effect)