Gendrift - Evolutionsfaktor

Wenn du bei dem Wort „Gendrift“ an Autos denkst, bist du leider auf der falschen Fährte, dafür aber hier genau richtig.

Was ist Gendrift? Was ist der Flaschenhalseffekt? Was ist der Gründereffekt?

Keine Sorge, das klingt jetzt erstmal komplizierter, als es ist. Simpleclub erklärt dir hier ganz einfach und Schritt für Schritt, was diese Begriffe bedeuten und gibt dir nützliche Beispiele dazu.

Gendrift einfach erklärt

Durch verschiedenste Zufallsereignisse kann es zur Veränderungen der Allelfrequenz kommen, also der Anzahl, wie oft bestimmte Allele in einer Population vorkommen. Das nennt man dann Gendrift.

Die Gesamtheit aller Allele wird Genpool genannt.
Oftmals wird der Genpool durch Zufallsereignisse, wie z.B. Naturkatastrophen stark beeinflusst. Manche Individuen sterben aus und andere setzten sich durch, weil sie im neuen Lebensraum vorteilhafte Merkmale haben.

Dabei spielen drei Aspekte eine wichtige Rolle: Die Gendrift beeinflusst große Populationen am meisten. In kleinen Populationen kann sie dazu führen, dass sich nachteilige Allele mehr und mehr durchsetzen.
Außerdem kann die genetische Vielfalt durch die Gendrift verloren gehen. Das beeinträchtigt die Anpassungsfähigkeit von Lebewesen und hemmt die Evolution. Im schlimmsten Fall können Arten dadurch sogar aussterben.

Das Ganze lässt sich anschaulicher am Beispiel von Haarfarben erklären.

Das Allel für braun nennen wir B und es ist dominant, während das Allel für blond rezessiv ist und wir es b nennen.

  • Vater: Reinerbigen Genotyp BB - braune Haare
  • Mutter: Mischerbigen Genotyp Bb - braune Haare
  • In der Elterngeneration sind also 3/4 der Allele B; das Allel b macht 1/4 aus

Die Eltern bekommen zwei Kinder. Wie würden die jetzt aussehen?

Die erste Möglichkeit:

  • Die Nachkommen besitzen einmal den Genotyp BB und einmal den Genotyp Bb - Beide haben braune Haare
  • Die Häufigkeit der Allele bleibt dann bei 3/4 und 1/4
  • Weil sich die Allelhäufigkeit nicht ändert, kommt es hier nicht zur Gendrift

Die zweite Möglichkeit:

  • Die Nachkommen besitzen beide den Genotyp BB - Beide haben braune Haare
  • Die Häufigkeit von B ist gleich eins und die von b ist null
  • Es kommt zur Gendrift, da sich die Allelhäufigkeit ändert

Die dritte Möglichkeit:

  • Die Nachkommen besitzen beide den Genotyp Bb- Beide haben braune Haare
  • Für B und b sind es jeweils die Hälfte, also 50%
  • Da sich die Allelhäufigkeit ändert, kommt es zur Gendrift
In dieser Grafik wird die Veränderung der Allelfrequnez veranschaulicht. Bei einem Pärchen besitzt der Mann den Genotyp groß B groß B, die Frau groß B klein b. Das Allel besitzt die Allefrequenz von 3 von 4, klein b nur 1 von 4. Für die verschiedenen Genotyp-Möglichkeiten der Kinder werden folgende Genotpen mit Kuchendiagrammen illustriert: 
Möglichkeit 1: Besitzen beide Kinder jeweils beide male nur das dominante Allel groß B, hat sich die Allelfrequenz zu 4 von 4 und 0 von 4 verändert. Das wäre dann eine Gendrift.
Möglichkeit 2: Besitzen die Kinder beide den Genotyp groß B klein b, hat sich die Allelfrequenz zu halb halb verändert, also auch Gendrift.
Möglichkeit 3: Besitzen die Kinder genau die gleichen Genotypen wie die Eltern, also einmal groß B groß B und einmal groß B klein b, dann liegt keine Gendrift vor.

Gendrift Definition

Die Gendrift ist eine zufällige Änderung der Allelhäufigkeit in einer Population . Dadurch, kommen Allele in einem Genpool häufiger oder seltener vor als zuvor.


Flaschenhalseffekt

Es kommt immer wieder vor, dass die Populationen durch äußere Einflüsse wie Naturkatastrophen oder starke Nahrungsknappheit stark verkleinern. Dadurch bleibt nur ein kleiner Teil der ursprünglichen Population übrig.

In diesem Zusammenhang spricht man oft vom Flaschenhalseffekt. Du kannst dir das Ganze so vorstellen, als würden wir eine mit Kugeln gefüllte Flasche auf den Kopf stellen. Ein paar Kugeln kullern heraus, der Rest bleibt stecken. Das ganze läuft zufällig ab.

Wenn ein großer Teil der Population verschwindet (Kugeln die rausfallen), wirkt sich das auch auf die Allelhäufigkeit aus.

  • Für die Allele die selten sind, ist es sehr wahrscheinlich, dass auch sie verschwinden (Die Kugeln, die in der Flasche bleiben)
  • Sollte das seltene Allel aber im überlebenden Teil der Population noch vorhanden sein, nimmt die Häufigkeit dieses Allels zu
  • Eine Verkleinerung der Population ist also in der Regel mit einer starken Gendrift verbunden
Aktiviere die Schalter.

Beim Flaschenhalseffekt kommt es zu starken Populationsveränderungen durch äußere Umwelteinflüsse, wie zum Beispiel Nahrungsmangel oder Klimakatastrophen. Das führt automatisch zur Gendrift.

Gründereffekt

Der Gründereffekt funktioniert relativ ähnlich:

  • Wir haben eine Stammpopulation mit bestimmten Allelen und bestimmten Allelhäufigkeiten
  • Einige Individuen verlassen nun die Stammpopulation und wandern in einen neuen Lebensraum
  • Im neuen Lebensraum nennt man sie dann Gründerpopulation
  • Die Gründerpopulation ist geografisch von der Ursprungspopulation getrennt

Die Allelhäufigkeit kann bei verschiedenen Gründerpopulationen sehr unterschiedlich sein. Somit ist auch die Allelhäufigkeit in der neuen Population anders.

Auf dieser Grafik wird eine größere Löwenpopulation gezeigt. In der Population gibt es Löwen mit heller Mähne und mit dunkler Mähne. Weil ein paar Löwen mit heller Mähne es bei der alten Population doof finden, wandern sie von der Savanne an einen anderen Ort ab. Dort bilden die migrierten Löwen eine neue Gründerpopulation, bei der alle nur helle Mähnen haben.

Beim Gründereffekt kommt es zur Gendrift, weil die Gründerpopulation nur einen Bruchteil der Allele enthält und es in der neuen Population somit zu einer ganz anderen Allelhäufigkeit kommt.


Gendrift Beispiel

Bärenpopulation

In einem Wald lebt eine große Bärenpopulation mit Allelen für unterschiedliche Fellfarben. Durch ein Feuer sterben viele Bären und es bleibt nur eine kleine Restpopulation.

Folge:

  • Die Restpopulation, die das Feuer zufälligerweise überlebt haben, hat eine andere Allelzusammensetzung als die Ursprungspopulation
  • Da viele Bären sterben, gehen einige Allele komplett verloren

Das Präriehuhn

Das Präriehuhn war 1820 im US-Staat Illinois sehr weit verbreitet. Durch zunehmende Landwirtschaft wurde der Lebensraum der Präriehühner immer kleiner. Es blieben nur zwei Lebensräume mit kleinen Hühnerpopulationen.

Das Problem:

  • Es gibt nur noch wenige nachteilige Allele, wodurch die genetische Vielfalt sinkt - Flaschenhalseffekt
  • Die Hühner werden genetisch immer ähnlicher - Weniger Nachwuchs
In dieser Grafik wird ein braun gestreiftes Präriehuhn gezeigt. Daneben sieht man die Umrisse des Staates Illinois, einmal mit einer großen angefärbten Fläche und einmal mit nur zwei kleine Flecken. In der Abbildung von 1820 galt der Großteil der Staatsfläche als Lebensraum des Huhns, 1993 gab es nur noch zwei kleine Lebensräume.

Schildkröten

Durch eine Flut oder einen Sturm wird ein kleiner Teil, sagen wir 30 Tiere, einer Population von Landschildkröten vom Rest der Gruppe getrennt. Dieser Teil lebt nun in einem völlig anderen Lebensraum. Das hat folgende Auswirkungen:

  • Jede Teilpopulation hat eine eigene Allelzusammensetzung
  • Optische Veränderung - Unter diesen 30 Schildkröten gibt es jetzt einige mit einem braunen Panzer und einige mit einem grünen Panzer
  • Jetzt kann es sein, dass eine Teilpopulation besser angepasst ist, als die andere (z.B. durch Panzerfarbe)
  • Annahme: Entweder die grünen oder die braunen Schildkröten sind schlechter getarnt und dementsprechend nicht gut angepasst
  • Folge: Die besser angepasste Teilpopulation hat eine höhere Überlebenschance und setzt sich durch
Zwei Schildkröten

Gendrift Zusammenfassung

Unter der Gendrift versteht man die zufällige Änderung der Allelhäufigkeit in einer Population.

Der Flaschenhalseffekt beschreibt eine starke Verkleinerung der Population durch äußere Einflüsse. Nur ein kleiner Teil der ursprünglichen Population überlebt und einige Allele verschwinden. Dadurch kommt es zu einer Gendrift.

Beim Gründereffekt verlässt eine Gründerpopulation die Stammpopulation und besiedelt ein neues Gebiet. Dabei wird nur ein ganz kleiner Teil der vorhandenen Allele mit in den neuen Lebensraum genommen, weshalb auch hier die Gendrift, also die Änderung der Allelhäufigkeit, eintritt.

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