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32.5:

Genfluss

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Biologie
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Gene Flow

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Evolution kann nicht stattfinden, wenn über einen Zeitraum eine genetische Variation innerhalb einer Population vorhanden ist. Ein Mechanismus, der zu dieser Variabilität beiträgt, ist der Genfluss, die Übertragung von genetischen Varianten zwischen Populationen. Genfluss tritt auf, wenn Organismen von einer Population zur anderen wandern. Bei einigen Arten wandern nur die Gameten zwischen Populationen, wie beispielsweise wenn Pflanzenpollen vom Wind oder von Tieren verbreitet werden. Genfluss kann neue genetische Varianten einführen – oder die Häufigkeit bestehender Genvarianten in einer Population verändern. Nicht wie bei der natürlichen Selektion, die dauerhaft Merkmale fördert, die das Überleben und die Reproduktion fördern, kann Genfluss das Vorkommnis von adaptiven Merkmalen erhöhen oder verringern. Zum Beispiel verbreiten migrierende Mosquitos möglicherweise eine Genvariante, oder Allele, die eine Resistenz gegen Insektizide verleiht. Daher überleben und reproduzieren Mosquitos mit der neuen Allele erfolgreicher. Im Gegensatz dazu illustriert die Zuwanderung von Kohlmeisen auf der Insel Vlieland, wie Genfluss abträglich sein kann. Zuwandernde Vögel vom Festland verfügen über Gene für größere Gelege, während Vögel auf der Insel eine Auswahl bezüglich kleinerer Gelege erleben. Im Zentrum von Vlieland, wo die Zuwanderung dreimal so hoch ist, hat die Meisenpopulation eine geringere Überlebensrate, als die im Osten von Vlieland, wo eine geringere Zuwanderung stattfindet. Mit der Zeit neigt der Genfluss dazu, genetische Unterschiede unter Populationen zu verringern, was manchmal zu einem gemeinsamen Genpool führt. Wenn der Genfluss jedoch eingeschränkt ist, werden genetische Unterschiede mit der Zeit verstärkt. Vor Millionen von Jahren bildete der sinkende Meeresspiegel die Landenge von Panama, die Nordamerika mit Südamerika verbindet. Das Ergebnis war die Trennung von sich untereinander vermehrenden Meerespopulationen. Populationen auf jeder Seite der Landenge vermehrten sich weiterhin untereinander, aber nicht miteinander. Ausgeprägte, zufällige Mutationen entstanden bei den abgetrennten Populationen, und die Umweltbedingungen verursachten, dass verschiedene Merkmale natürlich selektiert wurden. Letztendlich manifestierten sich genetische Unterschiede bei den reproduktiven Merkmalen, womit verschiedene Arten erzeugt wurden, die sich nicht länger untereinander vermehren konnten, trotz ihrer Nähe zueinander. Daher ist der Genfluss ein mächtiger evolutionärer Mechanismus, der sowohl die genetische Diversität individueller Populationen erweitern, als auch genetische Unterschiede beschränken kann.

32.5:

Genfluss

Genfluss ist der Transfer von Genen zwischen Populationen, der entweder durch die Verbreitung der Gameten oder durch die Migration von Individuen resultiert.

Dieses Phänomen spielt eine bedeutende evolutionäre Rolle in allen Organismen, und je nach der Menge des Genflusses induziert dieser Vorgang entweder genetische Vielfalt oder erzeugt eine genetische Homogenität in den Populationen. Wenn die Menge des Genflusses niedrig ist, erzeugt die Einführung neuer Allele in einer Population genetische Vielfalt. Auf der anderen Seite reduziert eine hohe Menge des Genflusses die genetische Variation zwischen den Populationen und erhöht die Homogenität.

Mobilität ist ein kritischer Faktor, der die Menge des Genflusses zwischen Populationen beeinflusst. Mobilere Organismen haben höhere Chancen, durch Migration zum Genfluss beizutragen. Stationäre Organismen wie Pflanzen können den Genfluss durch ihre Pollen und Samen ermöglichen, die von Tieren oder Wind in entferne Gegenden transportiert werden. Die Migration selbst garantiert jedoch nicht immer einen Genfluss – sie muss mit dem Austausch von Genen oder genetischem Material zwischen dem Gebietsansässigen und dem Migranten einhergehen.

Physische und reproduktive Barrieren können den Genfluss behindern. Beispielsweise tritt eine allopatrische Artenbildung auf, wenn geografische Barrieren Populationen derselben Art isolieren und den Genfluss einschränken. Wenn diese Barrieren beseitigt werden und die Populationen sich während der Trennung so unterschiedlich entwickelt haben, dass sie keine lebensfähigen Nachkommen mehr mit einem Mitglied der anderen Population produzieren können, könnten sie als separate Arten eingestuft werden.

Der vom Menschen unterstützte Genfluss kann bei der genetischen Rettung helfen. Eine hohe Inzuchtrate in kleinen Populationen verringert die Vielfalt, verringert die Fitness und erhöht das Risiko des Aussterbens. Die Einführung von nicht verwandten Individuen oder Organismen durch menschliche Eingriffe kann das Ausmaß der Inzucht verringern, die Vielfalt verbessern und somit die allgemeine Fitness erhöhen.

Suggested Reading

McDonald, Bruce A. "Population Genetics of Plant Pathogens." Population Genetics of Plant Pathogens. The American Phytopathological Society (APS), n.d. Accessed February 4, 2020. [Source]

Morjan, Carrie L., and Loren H. Rieseberg. "How Species Evolve Collectively: Implications of Gene Flow and Selection for the Spread of Advantageous Alleles." Molecular Ecology. 13, no. 6 (2004): 1341-356. [Source]