Гипотеза нейтральных мутаций

Рис. 18. Гетерозиготность Я, предсказанная на основании гипотезы нейтральных мутаций, как функция произведения величины популяции N и частоты возникновения мутаций ц.

Второе различие между двумя гипотезами заключается в форме естественного отбора, которую подразумевает каждая из них. Классическая гипотеза с ее картиной по существу полной гомозиготности предполагает, что основная роль естественного отбора заключается в удалении из популяции вредных мутаций и что наиболее приспособленными генотипами являются гомозиготы по аллелям дикого типа во всех локусах. Это не исключает возможности появления случайных благоприятных мутаций, но такие мутации быстро закрепляются в популяции как новый дикий тип. Более того, допускается существование мутаций, не имеющих селективного значения, но преобладающая в популяции гомозиготность требует, чтобы частота возникновения нейтральных мутаций за поколение была на несколько порядков меньще частоты возникновения вредных мутаций. Точнее, средняя гетерозиготность Н на локус для нейтральных генов в популяции размером N при частоте возникновения нейтральных мутаций [X составит [c.37]

Предположение о том, что большая часть (если не вся) молекулярной изменчивости в природных популяциях селективно нейтральна, к сожалению, привело к широкому употреблению терминов нейтральная мутационная теория и нейтралисты для описания теории и ее защитников (см. почти любую дискуссию по проблеме генетической гетерозиготности начиная с 1968 г.). Но эти термины лишь подчеркивают совсем не то, что надо, и затемняют как логику позиции, так и историческую связь этой теории с позицией классической гипотезы. Никто не настаивает на том, что почти все мутации нейтральны или что эволюция протекает без естественного отбора, главным образом путем случайного закрепления нейтральных мутаций. Оба эти утверждения явно неверны и совершенно чужды духу предлагаемых объяснений. Напротив, мы настаиваем, что многие мутации испытывают действие естественного отбора, но почти все эти мутации вредны и элиминируются из популяции. Второй распространенный класс представлен группой нейтральных мутаций, и именно по этим мутациям будет обнаружено расщепление, если использовать тонкие физико-химические методы. Кроме того, рассматриваемая теория допускает существование редких благоприятных мутаций, которые закрепляются естественным отбором, поскольку адаптивная эволюция все же происходит. Но предполагается, что это событие случается редко. Наконец, эта теория допускает также возникновение время от времени гетерозисных мутаций, но они составляют незначительную часть всех локусов генома. [c.202]

PJ — величина популяции, а [х — частота возникновения нейтральных мутаций на локус. Допустим, например, что yV = 3-10 и ji = 10 тогда Н будет равно 11%—величина, достаточно близкая к той, которую мы фактически наблюдаем. На самом деле величина наблюдаемой гетерозиготности не имеет значения ее можно объяснить, если выбрать подходящие значения N и j.i. Форма уравнения (10) является как силой, так и слабостью нейтральной гипотезы. Уравнение содержит два параметра. Один из них, N, очень большой, но его величина неизвестна, а второй, [х, очень мал и также с неизвестным значением. Оба они входят в уравнение в виде произведения N i. В таком случае любое значение Л а будет приемлемым , и поэтому любая наблюдаемая гетерозиготность совместима с классической гипотезой. Важно отметить, что в данном случае соответствие между наблюдениями и теорией выдвигается не в качестве доказательства неоклассической гипотезы, а лишь для того, чтобы показать, что наблюдаемые значения гетерозиготности не противоречат ей просто потому, что ни один уровень гетерозиготности не мог бы ей противоречить. [c.213]

Изменения генотипа могут не сказываться на жизнеспособности по двум причинам либо они приводят к таким перестройкам ферментов, которые практически не влияют на скорости жизненно важных химических реакций в заданном диапазоне условий (истинная физиологическая нейтральность), либо к не таким, но возникшие изменения каким-то образом компенсируются в процессе индивидуального развития (эту более интересную нейтральность можно назвать условной). Таким замечанием гипотеза физиологически нейтральных мутаций разрывается на две гипотезы истинной и условной нейтральности. Вопрос здесь снова о количественном соотношении двух видов нейтральности какой встречается чаще и насколько [c.149]

В предыдущих разделах я старался подчеркнуть, что между гипотезами о количестве генотипической изменчивости в природных популяциях и гипотезами о путях действия естественного отбора существует тесная связь. Ввиду тесной связи между действием естественного отбора и количеством аллельной изменчивости как классическая, так и балансовая гипотезы — это гипотезы и об изменчивости, и об отборе, о двух аспектах одного вопроса. Если действие отбора направлено целиком на очищение генома, если для локуса существует некое состояние дикого типа и любая мутация вредна в гомозиготном состоянии и почти безвредна или даже нейтральна в гетерозиготном состоянии, то генотипическая изменчивость должна встречаться редко в любом локусе. Вся существующая генотипическая изменчивость будет при этом состоять из недавно возникших вредных мутаций, которые еще не успели элиминироваться. Даже при самых благоприятных условиях для изменчивости (полной рецессивности мутантных генов) гетерозиготность в локусе составит всего лишь [c.79]

Неоклассическая гипотеза утверждает, что основную массу завершившихся замещений в эволюции составляют нейтральные замещения, потому что адаптивные мутации возникают редко. Но насколько они должны быть редкими Рассмотрим мутации с очень небольшим селективным преимуществом, например [c.228]

Наконец, неоклассическая гипотеза предсказывает иные скорости для эволюции различных белков, нежели адаптивная. Она считает естественный отбор главным образом очищающим фактором, налагающим ограничения на эволюцию посредством выбраковки носителей вредных мутаций и объясняет большую часть успешных замещений тем, что они нейтральны и поэтому [c.234]

Таким образом, так называемая гипотеза нейтральных мутаций— это на самом деле модернизированная классическая гипотеза Дарвина — Мёллера о структуре популяции и эволюции. Она утверждает, что в тех случаях, когда естественный отбор [c.202]

Примером того, как историческое объяснение может оказаться альтернативой теории, исходящей из стационарного состояния популяции, служит исследование частот вариантов гемоглобина у человека, проведенное Хэйхом и Смитом (1972). Чтобы объяснить нехватку вариантов в интервале частот между 10 2 и 10-3 JJ наличие среди всех имеющихся в настоящее время аллелей 5% таких, существование которых предсказывает гипотеза нейтральности мутаций и дрейфа, они предложили две альтернативы. Согласно одной из них, эволюция гемоглобинов была адаптивной. Согласно другой, человечество прошло в недавнем прошлом через период резкого снижения численности, продолжавшийся 2N поколений. Например, если N равно 10 000, то период прохождения бутылочного горлышка должен был длиться 20 ООО поколений, или 400 ООО лет, и окончиться примерно 600 поколений, или 12 ООО лет, назад. [c.276]

Попытку свести воедино данные за и против гипотезы нейтральных мутаций предпринял Р. Левонтип [62]. Па с. 226 по ее поводу он честно пишет Если читатель уже понял, что в этих доводах нет ничего, кроме произвольного жонглирования числами, которые можно подобрать таким образом, что они будут служить подтверждением любой предвзятой точки зрения, то я достиг своей цели . [c.148]

Для популяции даже умеренного размера, например в 1000 особей, частота возникновения мутаций при этом составит 2,5-10 , тогда как частота летальных мутаций у дрозофилы равна 10- (Добржанский и Райт, 1941 Айвс, 1945), а видимых мутаций, например у кукурузы, — от 5-10- до 2-10 ° (Стадлер, 1942). Среди видов, имеющих радикально различную популяционную структуру, неизбежны значительные различия по гетерозиготности, если только частота возникновения нейтральных мутаций не ниже 10 . Таким образом, в общем и целом классическая гипотеза требует признать главенствующую роль того, что можно назвать очищающим отбором . [c.37]

Неоклассическая гипотеза использует в своей аргументации разнообразные теоретические данные по генетическому грузу при замещении генов (Холдейн, 1957) и при сбалансированном полиморфизме (Кроу, 1958), величине гетерозиготности, которая поддерживается благодаря мутационному процессу в конечной популяции (Кимура и Кроу, 1964), вероятности закрепления благоприятных (Холдейн, 1927) и нейтральных мутаций (Кимура, 1962), равновесной частоте, при которой новые мутации закрепляются в популяциях (Кимура, 1968), внося в эти теоретические результаты современные оценки средней частоты возникновения мутаций, средней величины генома, гетерозиготности на локус и величины популяции наряду с расчетами частоты замещения аминокислот у ряда хорошо изученных полипептидов в процессе эволюции (Кинг и Джукс, 1969). Кимура и Ота собрали эти разнообразные данные в ряде публикаций, две из которых (1971Ь, с), а также их превосходная книга (1971а) содержат все вычисления и доказательства. Однако полного и последовательного изложения всей аргументации нигде опубликовано не было. [c.204]

Далее сторонники неоклассической гипотезы особенно подчеркивают постоянство частоты замещения в разных филетических линиях на всем протяжении геологического времени. Действительно, замечательное постоянство частоты замещения аминокислот в каждом белке за огромный период геологического времени до сих пор служит самым сильным доводом в пользу гипотезы, согласно которой основная причина молекулярной эволюции — это случайное закрепление нейтральных или почти нейтральных мутаций (Ота и Кимура, 1971а). Табл. 44 иллюстрирует это постоянство для трех разных белков, имеющих совершенно различные средние частоты замещения. Несмотря на некоторую изменчивость частоты, которая может быть статистически недостоверной, поскольку частоты вычислялись на основании грубых оценок числа лет, прошедших со времени дивергенции от общего предка, их однородность для каждого отдельного белка действительно поразительна. [c.233]

Сравнительно недавно Мотоо Кимура (Motoo Kimura) и некоторые другие авторы выдвинули гипотезу, согласно которой скорости аминокислотных замен в белках и нуклеотидных замен в ДНК могут быть довольно постоянными, поскольку огромное большинство таких замен селективно нейтрально. Новые аллели появляются в популяции в результате мутации. Если альтернативные аллели обладают одинаковой приспособленностью, то изменение частот аллелей из поколения в поколение будет происходить лишь за счет случайности выборки, т. е. в результате генетического дрейфа (гл. 23). Скорость, с которой осуществляются замены аллелей, будет при этбм стохастически постоянной, т. е. для каждого данного белка замены аллелей будут происходить с постоянной вероятностью. Можно показать, что эта вероятность просто равна темпу мутирования нейтральных аллелей. [c.233]

Это объяснение, носящее название гипотезы случайного дрейфа, было предложено японскими генетиками Кимурой и Отой (Kimura, Ohta) в 1971 г. Согласно этой гипотезе, большая часть новых мутаций оказывается вредной и поэтому сразу элиминируется естественным отбором. Небольшое число мутаций, оказавшееся благоприятным, может широко распространяться. Однако очень небольшое, но статистически значимое число мутаций будет нейтральным в селективном отношении (ни вредным, ни полезным) и их судьба определяется случайным дрейфом генов. [c.255]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология