GENFLUSS: MECHANISMUS, KONSEQUENZEN UND BEISPIELE - BIOLOGIE - 2025

Der Fluss von Genen oder Genfluss bezieht sich in der Biologie auf die Bewegung von Genen von einer Population zur anderen. Im Allgemeinen wird der Begriff synonym mit dem Migrationsprozess verwendet - im evolutionären Sinne.

In seiner allgemeinen Verwendung beschreibt Migration die saisonale Bewegung von Personen von einer Region in eine andere, auf der Suche nach besseren Bedingungen oder zu reproduktiven Zwecken. Für einen Evolutionsbiologen bedeutet Migration jedoch den Transfer von Allelen aus einer Reihe von Genen zwischen Populationen.

Quelle: Jessica Krueger, aus Wikimedia Commons

Im Lichte der Populationsgenetik wird Evolution als die Veränderung der Allelfrequenzen im Laufe der Zeit definiert.

Nach den Prinzipien des Hardy-Weinberg-Gleichgewichts variieren die Frequenzen, wann immer dies der Fall ist: Selektion, Mutation, Drift und Genfluss. Aus diesem Grund wird der Genfluss als eine evolutionäre Kraft von großer Bedeutung angesehen.

Mechanismen des Genflusses

Die Mechanismen und Ursachen, die die Bewegung von Genen in einer Population auslösen, hängen stark mit den inhärenten Merkmalen der Studiengruppe zusammen. Es kann aufgrund der Einwanderung oder Auswanderung bestimmter Personen in einem reproduktiven Zustand auftreten oder es kann aus der Bewegung der Gameten resultieren.

Ein Mechanismus kann beispielsweise die gelegentliche Verbreitung jugendlicher Formen einer Tierart in entfernten Populationen sein.

Bei Pflanzen sind die Mechanismen leichter zu bestimmen. Pflanzliche Gameten werden auf unterschiedliche Weise transportiert. Einige Linien verwenden abiotische Mechanismen wie Wasser oder Wind, die Gene zu entfernten Populationen transportieren können.

Ebenso kommt es zu einer biotischen Ausbreitung. Viele frugivore Tiere sind an der Verbreitung der Samen beteiligt. In den Tropen spielen beispielsweise Vögel und Fledermäuse eine entscheidende Rolle bei der Verbreitung von Pflanzen, die für Ökosysteme von großer Bedeutung sind.

Mit anderen Worten, die Migrationsrate und der Genfluss hängen von der Ausbreitungskapazität der untersuchten Linie ab.

Migration und das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht

Um die Auswirkung der Migration auf das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht zu untersuchen, wird das Inselmodell häufig als Vereinfachung verwendet (Insel-Kontinent-Migrationsmodell).

Da die Bevölkerung der Insel im Vergleich zur Bevölkerung des Festlandes relativ klein ist, hat jeder Gentransfer von der Insel zum Festland keinen Einfluss auf den Genotyp und die Allelfrequenzen des Festlandes.

Aus diesem Grund würde der Genfluss nur in eine Richtung wirken: vom Festland zur Insel.

Variieren die Allelfrequenzen?

Um die Auswirkung des Migrationsereignisses auf die Insel zu verstehen, betrachten Sie das hypothetische Beispiel eines Ortes mit zwei Allelen A ₁ und A ₂ . Wir müssen herausfinden, ob die Bewegung von Genen auf die Insel zu Variationen der Allelfrequenzen führt.

Nehmen wir an, dass die Häufigkeit des A ₁ -Allels gleich 1 ist - was bedeutet, dass es in der Bevölkerung festgelegt ist, während in der kontinentalen Bevölkerung das A ₂ -Allel festgelegt ist. Vor der Reifung der Individuen auf der Insel wandern 200 Individuen dorthin.

Nach dem Genfluss ändern sich die Frequenzen und jetzt sind 80% "nativ", während 20% neu oder kontinental sind. Anhand dieses einfachen Beispiels können wir zeigen, wie Genbewegungen zu Allelfrequenzänderungen führen - ein Schlüsselkonzept in der Evolution.

Folgen des Genflusses

Wenn zwischen zwei Populationen ein deutlicher Genfluss besteht, ist eine der intuitivsten Konsequenzen, dass dieser Prozess dafür verantwortlich ist, die möglichen Unterschiede zwischen beiden Populationen zu verringern.

Auf diese Weise kann der Genfluss in die entgegengesetzte Richtung zu anderen evolutionären Kräften wirken, die versuchen, Unterschiede in der Zusammensetzung genetischer Reservoire aufrechtzuerhalten. Wie zum Beispiel der Mechanismus der natürlichen Auslese.

Eine zweite Folge ist die Ausbreitung nützlicher Allele. Nehmen wir an, dass durch Mutation ein neues Allel entsteht, das seinen Trägern einen gewissen selektiven Vorteil verschafft. Bei Migration wird das neuartige Allel in neue Populationen transportiert.

Genfluss und Artenkonzept

Das biologische Konzept der Arten ist weithin bekannt und wird sicherlich am häufigsten verwendet. Diese Definition passt zum konzeptionellen Schema der Populationsgenetik, da sie den Genpool umfasst - die Einheit, in der sich die Allelfrequenzen ändern.

Auf diese Weise gehen Gene per Definition nicht von einer Art zur anderen über - es gibt keinen Genfluss - und aus diesem Grund weisen Arten bestimmte Eigenschaften auf, die eine Differenzierung ermöglichen. In Anlehnung an diese Ideen erklärt der Genfluss, warum Arten einen „Cluster“ oder eine phenetische Gruppierung bilden.

Darüber hinaus hat die Störung des Genflusses entscheidende Konsequenzen für die Evolutionsbiologie: Sie führt in den meisten Fällen zu Speziationsereignissen oder zur Bildung neuer Arten. Der Fluss von Genen kann durch verschiedene Faktoren unterbrochen werden, wie das Vorhandensein einer geografischen Barriere, Präferenzen auf Balzebene und andere Mechanismen.

Das Gegenteil ist auch der Fall: Das Vorhandensein eines Genflusses trägt dazu bei, dass alle Organismen in einer Region als eine Art verbleiben.

Beispiel

Die Migration der Schlange Nerodia sipedon ist ein gut dokumentierter Fall des Genflusses von einer kontinentalen Population auf eine Insel.

Die Art ist polymorph: Sie kann ein signifikantes Bandenmuster oder gar keine Bande aufweisen. Zur Vereinfachung wird die Färbung durch einen Ort und zwei Allele bestimmt.

Im Allgemeinen sind die Schlangen des Kontinents dadurch gekennzeichnet, dass sie das Muster von Bändern aufweisen. Im Gegensatz dazu besitzen diejenigen, die die Inseln bewohnen, sie nicht. Die Forscher sind zu dem Schluss gekommen, dass der morphologische Unterschied auf die unterschiedlichen Selektionsdrücke zurückzuführen ist, denen jede Region ausgesetzt ist.

Auf den Inseln neigen Einzelpersonen dazu, sich auf der Oberfläche der Felsen nahe dem Ufer des Strandes zu sonnen. Es wurde gezeigt, dass das Fehlen von Bändern die Tarnung auf den Felsen der Inseln erleichtert. Diese Hypothese könnte mithilfe von Tagging- und Recapture-Experimenten getestet werden.

Aus diesem adaptiven Grund würden wir erwarten, dass die Inselbevölkerung ausschließlich aus ungebundenen Organismen besteht. Dies ist jedoch nicht wahr.

Jede Generation kommt eine neue Gruppe von gebänderten Organismen vom Kontinent. In diesem Fall wirkt die Migration als Gegenkraft zur Auswahl.

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