求哪個大神能用簡單易懂的語言解釋一下遺傳漂變嗎?還有漂變和達爾文的natural selection之間是什麼關係?

時間 2021-06-02 12:04:32

1樓:

遺傳漂變:由於種群太小,引起基因頻率隨機增減甚至丟失。

群體越小,對基因頻率影響越大。在自然界某些區域性地區,由於氣候劇變、地質結構變化、傳染病等原因,導致動植物個體數量顯著減少,遺傳漂變影響就相當明顯,引起群體遺傳組成改變。

許多中性和非適應性性狀不能用自然選擇解釋,可能是遺傳漂變的結果。例如人類的ABO血型屬於非適應性的中性形狀,任何血型的人不比其它血型的人有更大生存性。但人類不同種族的基因Ia, Ib, i的頻率有差異,這差異很可能是祖先發生的遺傳變異隨機漂變的結果。

參考文獻:

CHEN ZX (HZAU). 演化生物學pdf.

2樓:Reschneider Lee

現代生物學裡,對於「進化」定義是:「種群裡的基因頻率的改變」。說詳細一點就是:

因基因突變(Mutation)而產生的基因,由於自然選擇(Natural selection)和遺傳漂變(Genetic drift)的影響在集團(Population)中固定、蔓延開來。集團的性狀因世代的變遷所變化的一種現象。簡單來說就是,在現代生物學裡,進化是由「自然選擇」和「遺傳漂變」兩個因素所共同影響的。

對於達爾文的「自然選擇」來說,長頸鹿的例子應該是最有名的(雖然不是個什麼好例子)。長頸鹿脖子變長是因為「脖子短了就無法吃到高處的樹葉,而相對於脖子長的長頸鹿而言適應度(Fitness)降低最後在種群中消失」。對於自然選擇而言,「突變」是材料,適應度的差是選擇的條件。

也就是說,乙個突變,是否能保留下來最後在種群裡擴散開來形成進化,是要看這個突變的基因被保留下來的概率是否大於沒突變的基因。這是「自然選擇」的基本理念,也就是說,如果乙個突變無法產生適應度(Fitness)的差那麼就無法形成自然選擇。

對於適應度(Fitness)需要說明的是,最早達爾文認為適應度是對於「個體」而言的,但這卻產生了乙個無法解釋的問題。他自己也在《物種起源》(1859)裡寫到,像螞蟻蜜蜂一類的真社會性昆蟲裡的不孕階級(Eg. workers) 如何得以進化是用這個理論是說不通的。

還有很多「利他行為」都是用這個理論說不通的。

在這之後,「群淘汰說(Group selection)」在很長一段時間裡成為了優勢學說(1960-1970)。群淘汰說認為,適應度是對於「種群(Population)」而言的。如果這個行為對於「種群」有利的話那麼他就得以進化。

但是現在我們發現,種群level的淘汰(selection)幾乎是不可能的,群淘汰說已被各種數學模型等證實是錯誤的(雖然現在仍有教科書裡有對於群淘汰的記述)。

在2023年Hamilton才最早的理論上的解釋了「利他行為」的本質ー親族選擇(Kin selection)。在這裡,適應度是對於「基因」而言的。而且,這裡的適應度叫做「整體適應度(Inclusive fitness)」=個體的適應度+與對方的血緣度x因利他行為而得到的利益-因利他行為所付出的cost。

也就是說。與對方的血緣度x因利他行為而得到的利益大於因利他行為所付出的cost的話,利他行為就有進化的可能(Hamilton法則)。

到這裡為止是對於自然選擇和適應度的說明。簡單來說就是,1. 對於自然選擇來說適應度(fitness)這個東西超重要!

2. 進化的實體是種群(population)而不是個體。3.

利他行為也能由於自然選擇而得以進化,因為影響適應度的還有個東西叫血緣度。

接下來就來說說遺傳漂變。遺傳漂變考慮的是與適應度無關的等位基因的的基因頻率的變化。舉乙個很簡單的例子:

決定花的顏色的基因,紅色基因(AA)和白色基因(aa)是一對等位基因,Aa:AA:aa=2:

1:1。對於花而言,是紅色還是白色都跟適應度沒關係。

但是考慮子代時候,最開始a和A的基因頻率都是一樣的,但是如果這一片花一共留下了1000顆種子,實際上這1000顆不一定每一顆都發芽,發芽了也不一定每一顆都能長成性成熟個體。所以到最後1000個種子中長成性成熟個體並留下後代的可能只有50個,這50個個體裡的A和a的基因頻率還會是1:1的機率就非常的小,一般會偏向其中一邊。

而經過很長時間的迴圈,其中乙個基因(A或者a)會徹底地在種群裡消失,種群得以進化。這就是「由於基因漂變而產生的進化」。

上圖描述了中性進化的過程-「醉漢的random walk」(sorry是日語,但是下面會做解釋)。豎軸是遺傳頻率的變化量,橫軸是時間(世代)。把紅色的虛線想象成乙個醉漢所走的路線,而這條路的寬度就是種群的大小(Population size)。

在一定的時間範圍內,醉漢往上走或者往下走都是隨機的,也就是說基因頻率在種群裡的變化是隨機的。但是到了某個時候醉漢會突然掉出走道(這個基因在這個種群裡消失)。從這個圖里可以看出路的寬度(種群的大小)越窄,醉漢就越容易掉出走道(基因就越容易消失)。

在普通的種群裡,由於基因漂變而消失掉的基因會由基因突變和基因流動來補充,所以多樣性不會受到影響,但是乙個個體數量非常小的種群(瀕危物種等),由於基因突變和基因流動而帶來的基因多樣性無法彌補由於遺傳漂變所帶來的基因多樣性的損失,所以到最後這個種群裡的基因多樣性會不斷減少。

遺傳漂變在保育生物學(Conservation biology)裡也有應用。比如「有效種群大小(Effective population size)」這個概念。在保護瀕危動物的時候,考慮增加種群中的個體數量到底增加到多少才有效這個問題的時候必須考慮到遺傳漂變的影響。

上面說了乙個個體數量非常小的種群的基因多樣性會因為遺傳漂變的影響而不斷的減少。所以在保護瀕危動物的種群的時候我們必須把種群裡的個體數增加到在隨機遺傳漂變的影響下,能夠產生相同的等位基因分布或者等量的同系繁殖的個體的數量為止。

最後,遺傳漂變和自然選擇是造成進化的必要條件,自然選擇是對於有適應度差的等位基因的基因頻率變化的解釋,而遺傳漂變是對於沒有適應度差的等位基因的基因頻率變化的解釋。

學的時候不是用的中文所以有些專業名詞的中文翻譯估計會有些奇怪(大部分是參照的wiki的中文頁面的翻譯)。如果有錯誤還請多指正。

分割線Bonus:

人類的ABO血型的分布很大程度上是受遺傳漂變的影響。

仔細觀察這個圖會發現ABO血型的基因分布跟所謂的區別「人種」時常用的膚色或者髮質等遺傳性狀的分布是不一致的。

「人種」這個概念在生物學家眼中,只是一種「文化上的」區別方式,而沒有任何生物學的根據。

Reference:

Campbell Biology, Tenth Edition - Reece, Urry, Cain et al. (2014)

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