Gendrift und natürliche Selektion, Unterschied?
Was ist der Unterschied zwischen der natürlichen Selektion und dem Gendrift? Kann man sagen, dass die natürliche Selektion nicht zufällig verläuft, aber der Gendrift schon? Oder was sind die Unterschiede? Lg
4 Antworten
Beim Gendrift überlebt nur ein Teil der Population (nach einer Katastrophe o.ä.)und somit auch nur ein teil der Allele und der genetischen Vielfalt. So kann es dazu kommen dass sich ein vorher eher schwächerer teil der Evolution durchsetzt und die ursprünglich stärkeren bei dem Drift sterben. So kann sich eine Population anders entwickeln als sie es unter den normalen Einflüssen bei survival of the fittest getan hätte.
Natürliche Selektion: Eine nicht zufällige Verschiebung der Allelfrequenzen in Populationen oder eine nicht zufällige Stabilisierung der im Genpool vorliegenden Allele.
Genetische Drift: Zufällige Veränderungen im Genpool einer Population; ist häufig darauf zurückzuführen, dass eine Population aufgespalten wird und der Genpool der Teilpopulation nur einen Teil der möglichen Allele enthält. Natürliche Selektion führt zu Angepasstheit, genetische Drift nicht.
Bei der Gendrift spielt der Zufall eine große Rolle - sein Einfluss ist, das nimmt man heute allgemein in der Evolutionsforschung an, mindestens so groß wie die natürliche Selektion selbst.
Natürliche Selektion bedeutet, dass in einer Population eine Varianz im Überlebenserfolg der einzelnen Individuen erfolgt. Schon Darwin erkannte, dass Merkmale innerhalb einer Population nicht konstant sind, sondern variabel. Beispielsweise ist der Schnabel in einer Vogelpopulation nicht bei jedem einzelnen Vogel stets exakt gleich lang, sondern es gibt viel mehr ein gewisses Größenspektrum von einer Minimal- bis hin zu einer Maximalgröße und dazwischen gibt es alle möglichen verschiedenen Abstufungen, sodass manche Individuen einen kürzeren Schnabel haben, andere einen längeren, bei wieder anderen ist er mittel lang.
Bei der natürlichen Selektion hängt der Überlebenserfolg von der Umwelt ab und den Bedingungen, die in ihr herrschen. Die Umwelt übt auf jedes einzelne Individuum der Population einen Druck aus, den Selektionsdruck. Der führt dazu, dass einige Individuen in ihrer Umwelt besser überleben können als andere. Sie werden ausgewählt oder selektiert und weil sie überleben und die anderen nicht, pflanzen sie sich erfolgreicher fort. Biologen sagen, sie steigern ihre biologische Fitness, was nichts anderes heißt als dass sie ihre eigenen Gene (oder besser die Varianten ihrer Gene, welche ihre ganz bestimmte Merkmalsausprägung hervorrufen, die Allele) erfolgreich in den Genpool der Nachfolgegeneration ausbreiten, denn Nachkommen erben ja (bei diploiden Organismen) jeweils 50 Prozent ihrer Gene vom jeweiligen Elternteil und damit auch das Merkmal, welches seinem Elternteil den Überlebenserfolg beschert hat. Wichtig ist, dass man sich stets vor Augen führen muss, dass die Anpassung der Lebewesen an ihre Umwelt stets nur an die jeweils herrschende Umwelt erfolgt und wenn sich die Umweltbedingungen ändern, wird sich auch der Selektionsdruck ändern. Man unterscheidet insgesamt drei verschiedene Arten, wie der Selektionsdruck wirken kann.
- stabilisierende Selektion: hier lastet der Selektionsdruck hauptsächlich auf den Individuen, deren Merkmalsausprägung jeweils den Extremen entspricht und der Durchschnitt wird bevorzugt. Bei unserem Beispiel mit den Schnabellängen würden bei dieser Art der Selektion diejenigen Vögel mit einem mittelgroßen Schnabel selektiert, während jene mit kurzem und solche mit langem Schnabel in ihrer Umwelt nicht überleben und daher aussterben würden. Das könnte z. B. der Fall sein, wenn in einer Umwelt die Pflanzen vorwiegend Samen mit verschiedener Größe produzieren, ein mittelgroßer Schnabel wäre dann ein "Allround-Werkzeug" und käme mit einer Fülle verschiedenster Samen zurecht, während kleinschnäblige Vögel nur winzige Samen verwerten könnten und Vögel mit einem großen Schnabel nur sehr große Samen, welche jedoch eher selten sind.
- Stellen wir uns vor, dass sich die Umwelt ändert und das Nahrungsangebot besteht nur aus sehr großen Samen. In diesem Fall verschiebt sich die Kurve der Merkmalsausprägungsvariabilität hin zu den Vögeln mit großem Schnabel, da nun die Vögel mit kleinem Schnabel und die mit einem mittleren Schnabel benachteiligt sind. Für beide sind die ganz großen Samen zu hart, sie können nichts damit anfangen. Eine solche Form der Selektion nennt man transformierende oder gerichtete Selektion, weil die Merkmalsausprägung in eine bestimmte Richtung gelenkt wird.
- Und schließlich gibt es noch die Möglichkeit, dass die Selektion spaltend oder disruptiv wirken kann. In diesem Fall werden die beiden Extremwerte bevorzugt und der Durchschnitt ist im Nachteil. Stellen wir uns in unserem Beispiel vor, dass zu Beginn wieder Samen verschiedenster Größe als Nahrungsquelle zur Verfügung stehen. Die Umwelt ändert sich und es bleiben nur sehr kleine und sehr große Samen übrig. Die Vögel, die einen mittelgroßen Schnabel haben, können weder mit den ganz kleinen noch mit den ganz großen Samen etwas anfangen, während die Vögel mit dem kleinen Schnabel die kleinen Samen und die Vögel mit dem großen Schnabel die großen Samen verwerten können. Diese Form der Selektion kann dazu führen, dass sich im gleichen Lebensraum zwei verschiedene Populationen ausbilden - nämlich eine aus kleinschnäbligen Vögeln und eine aus Vögeln mit großem Schnabel, da ja ein kleinschnäbliger Vogel dort seine Nahrung sucht, wo auch ein anderer kleinschnäbliger Vogel sucht und umgekehrt gilt das gleiche für großschnäblige Vögel. Es kann vorkommen, dass beide Populationen schließlich so lange voneinander getrennt sind, dass ab einem gewissen Punkt die beiden Populationen so verschieden sind, dass sich nun ein kleinschnäbliger mit einem großschnäbligen Vogel nicht mehr fortpflanzen kann und es sind damit zwei voneinander getrennte Arten entstanden. Disruptive Selektion ist daher ein wichtiger Motor für die sympatrische Artbildung (Artbildung im gleichen Lebensraum, also ohne geographische Barriere). Sie kommt zustande, weil die beiden Populationen innerhalb des gleichen Lebensraums eine unterschiedliche ökologische Nische besetzen.
Bei der natürlichen Selektion hängt das Überleben also direkt davon ab, wie gut Individuen in der Umwelt zurechtkommen. Zwar ist es Zufall, dass ein Individuum gerade ein solches Merkmal besitzt, welches ihm den Vorteil verschafft hat (z. B. kann das Merkmal gerade erst durch eine zufällige Mutation entstanden sein), der Zufall selbst wirkt aber nicht als selektive Kraft, denn die Selektion wird ja von der Umwelt durchgeführt und diese wählt nicht zufällig aus, sondern wählt solche Individuen, mit ganz bestimmten Merkmalen aus.
Von Gendrift spricht man, wenn das Überleben vom Zufall abhängt bzw. wenn Allele zufällig in einer Population fixiert werden.
Viele Mutationen wirken sich auf den Phänotyp nicht aus. Man sagt, diese Mutationen sind neutral oder stumm. Ein Grund dafür ist z. B. dass der genetische Code degeneriert ist. Es gibt bekanntlich 20 (21) Aminosäuren, die die Proteine in unserem Körper bilden. Die Information, welche Aminosäure an welcher Stelle in ein Protein eingebaut werden soll, ist auf einem Gen in Form so genannter Tripletts gespeichert, drei aufeinander folgende Nukleotide. Es gibt vier verschiedene Nukleotide (A, G, T, C) und somit insgesamt 64 verschiedene Möglichkeiten der Kombination von Nukleotiden gibt. Damit können manche Aminosäuren durch gleich mehrere Nukleotide codiert werden. Oftmals unterscheiden sich die Tripletts nur durch das Nukleotid an der dritten Position. Kommt es beispielsweise beim Triplett CCC (es codiert für die Aminosäure Prolin) zu einer Mutation an der dritten Position und es entsteht das Triplett CCG, so ändert sich am Phänotyp nichts, weil auch das Triplett CCG für Prolin codiert.
Da die natürliche Selektion aber nur auf solche Mutationen wirken kann, die nicht neutral sind (sie bevorzugt jene, die vorteilhaft sind und vernichtet jene, die von Nachteil sind), werden neutrale Selektionen nicht selektiert und können sich in der Population erhalten. Ob eine solche neutrale Mutation in einer Population fixiert wird, entscheidet dann nur der Zufall. Um das zu illustrieren, ein kleines Beispiel. Nehmen wir an, wir beobachten eine Population von Steinböcken in den Alpen und es kommt in einem einzelnen Individuum zur Mutation des Tripletts CCC zu CCG wie oben beschrieben. Da diese Mutation auf sein Überleben keinen Einfluss hat, kann es im Prinzip mit dem gleichen Überlebenserfolg rechnen wie ein Individuum mit dem ursprünglichen Triplett CCC. Wenn es sich erfolgreich fortpflanzt, wird es seine Mutation auch erfolgreich an seine Nachkommen vererben. Nun lassen wir unser Individuum mit der Mutation aber das Opfer einer Lawine werden - ein Ereignis, welches höchst zufällig ist und dem im Prinzip jeder andere Steinbock der Population auch zum Verhängnis werden könnte. Unser Steinbock mit dem mutierten Allel hat nun also das Pech, vorzeitig zu sterben, mit ihm stirbt dann auch diese Mutation aus, da es diese nie an Nachkommen weitergeben konnte.
Die Rolle des Zufalls wird besonders bei zwei besonderen Formen der Gendrift deutlich, dem Gründereffekt und dem genetischen Flaschenhals. Schauen wir uns diese beiden Effekte einmal kurz an.
Vorher müssen wir aber noch einmal ein paar Begriffe klären. Erstens: ein Allel ist die Variante eines Gens, welche für eine bestimmte Merkmalsausprägung codiert. Zweitens: die Gesamtheit aller Allele in einer Population wird Genpool genannt (man müsste es eigentlich korrekt Allelpool nennen, aber der Begriff Genpool hat sich nun einmal durchgesetzt). Drittens: die Häufigkeit, mit der ein bestimmtes Allel im Genpool vertreten ist, wird Allelfrequenz genannt. Tritt ein Allel z. B. mit der Frequenz 0.23 auf, dann heißt das, dass sein Anteil an allen Allelen dieses Gens im Genpool 23 % beträgt.
Betrachten wir nun eine Ausgangspopulation bestehend aus vielen Individuen. Meist existiert ein Gen nicht nur in zwei Varianten, sondern in einer ganzen Vielzahl, die alle mit einer unterschiedlich hohen Frequenz auftreten. Betrachten wir einmal mehr beispielhaft eine Population von Vögeln. Nun kommt der Zufall ins Spiel: ein heftiger Sturm zieht auf und verfrachtet einige der Vögel unserer Ausgangspopulation auf eine fernab gelegene Insel. Auf dieser Insel repräsentieren die angekommenen Vögel logischerweise nur einen kleinen Ausschnitt aus dem Genpool der viel größeren Ausgangspopulation. Viele Allele, die sich in der Ausgangspopulation befinden, sind nicht mehr auf der Insel zu finden, während ein anderes Allel, was ursprünglich selten war, plötzlich sehr viel häufiger auftreten kann. Da unsere auf die Insel verfrachteten Vögel der Ausgangspunkt einer neuen Inselpopulation sind, spricht man hier vom Gründereffekt und wir bezeichnen diese Vögel, die ursprünglich auf die Insel verdriftet wurden, als Gründerpopulation. Unter diesen Voraussetzungen kann es sogar vorkommen, dass aufgrund der eingeschränkten Zahl potentieller Fortpflanzungspartner sogar solche Allele fixiert werden, die eigentlich nachteilig sind - sie dürfen nur nicht so nachteilig sein, dass sie zum unmittelbaren Absterben z. B. noch im Embryonalstadium führen.
Etwas anders, aber im Prinzip mit dem gleichen Resultat, verhält es sich beim genetischen Flaschenhals. Stellen wir uns wieder eine Ausgangspopulation vor. Diesmal besiedeln aber nicht einige Individuen einen neuen Lebensraum, sondern es kommt zu einer starken Dezimierung der Ausgangspopulation z. B. durch eine Naturkatastrophe (eine Flut, ein Erdbeben, ein Vulkanausbruch eine gefährliche Seuche usw.) und es bleiben nur wenige Überlebende übrig. Auch hier repräsentieren die Überlebenden nur noch einen viel kleineren Ausschnitt aus dem ursprünglichen Genpool. Genetische Flaschenhalseffekte führen deshalb häufig dazu, dass Populationen stark genetisch verarmen, umso stärker, je kleiner die Population der Überlebenden ist. Verstärkt wird dies dann noch dadurch, dass es bei niedriger Populationsgröße permanent zur Fortpflanzung mit verwandten Individuen kommt, weshalb ein starkes genetisches Flaschenhalsereignis oft dazu führt, dass eine Population von Inzucht geprägt ist und genetisch extrem einheitlich wird. Man nimmt heute an, dass z. B. der Gepard durch ein solches Ereignis gegangen ist. Die genetische Verarmung war so stark, dass es bei Geparden praktisch vollständige Gewebeverträglichkeit gibt, leider führte es aber auch dazu, dass die Sterblichkeit bei neugeborenen Geparden sehr hoch ist.
Auch unsere eigene Spezies, der Mensch, ging wohl einmal durch einen genetischen Flaschenhals. Man nimmt an, dass es vor etwa 73 000 Jahren durch den Ausbruch des Vulkans Toba zu tiefgreifenden klimatischen Veränderungen und zum Aussterben eines Großteils der damals existierenden menschlichen Population gekommen ist. Diese wenigen Überlebenden wurden schließlich zu den Vorfahren aller heute lebenden Menschen und dieses Ereignis könnte erklären, weshalb der Mensch trotz seiner vielen phänotypischen Unterschiede heute eine genetisch extrem homogene Art ist - die DNA zweier beliebiger Menschen stimmt zu etwa 99.9 % überein!
Ja. Bei der natürlichen Selektion überleben normalerweise die Individuen mit der höchsten Fitness. Bei der Gendrift findet keine Selektion statt, sie ist also komplett zufällig.
Gendrift ist keine Selektion. Es ist bloß eine zufällige Veränderung der Allelfrequenz innerhalb des Genpools einer Population.
Selektion ist jede Form der Auswahl (nichts anderes heißt Selektion übersetzt). Das kann natürliche Selektion sein (Varianz im Überlebenserfolg, Selektierende Kraft sind dann die Umweltbedingungen), sexuelle Selektion (Varianz im Überlebenserfolg, selektierende Kraft sind dann einerseits intrasexuelle Selektion und andererseits intersexuelle Selektion (meist Weibchenwahl)). Bei der Zucht von Haustierrassen erfolgt die Selektion künstlich, also durch den Menschen. Und bei der Gendrift erfolgt die Selektion durch den Zufall.
Bei der natürlichen Selektion werden bestimmte Individuen (die mit guten Überlebenschancen) "ausgewählt". Beim Gendrift findet jedoch keine Auswahl von Individuen statt! Gendrift kommt dadurch zustande, dass bei der Vererbung eines Gens, von dem die Eltern unterschiedliche Allele haben, zwei zufällige Allele ans Kind weitergegeben werden. Man kann hier also nicht von Selektion reden.
Aber natürlich kommt es bei Gendrift-Effekten zu einer -zufälligen- Auswahl. Wenn ein Teil einer Population eine Naturkatastrophe überlebt, dann werden sie zufällig ausgewählt. Wenn ein Teil einer Population vom Wind verdriftet wird und den Grundstein für eine neue Population legt, dann ist auch das eine zufällige Selektion von einigen Individuen aus der Gesamtpopulation.
Du verwechselst da was. Bei Naturkatastrophen handelt es sich um natürliche Selektion, nicht um Gendrift. Gendrift findet bei der Vererbung statt.
Doch, natürlich findet bei der Gendrift auch Selektion statt. Die Selektion erfolgt aber, wie du genau richtig erkannt hast, zufällig statt.