Gendrift

AlsGendrift(genetische Drift; dasniederdeutscheWortDriftist verwandt mit dem deutschentreiben,auchAlleldriftoderSewall-Wright-Effektgenannt) bezeichnet man in derPopulationsgenetikeine zufällige Veränderung derAllelfrequenzinnerhalb desGenpoolseinerPopulation.Gendrift ist einEvolutionsfaktor.Eine quantitative Erweiterung stellt derGenshiftdar, bei dem ganze Segmente von Genen zusammen ausgetauscht werden. Dies hat oft besonders ausgeprägte funktional-qualitative Änderungen zur Folge.

Gendrift und Genshift stellen eine Art Komplement zur natürlichenSelektiondar. Die natürliche Selektion hat keinen zufälligen Einfluss auf die Änderung der Genfrequenz einer Population, sondern ist direkt gekoppelt an den Überlebens- und Reproduktionserfolg von Individuen, also deren Angepasstheit an ihre Umwelt.Die genetische Drift bzw. Shift dagegen hat keine derartigen Ursachen, sondern ist rein zufallsbestimmt (stochastisch).

Da eine zufällige Änderung der Genfrequenz in kleineren Populationen statistisch mehr ins Gewicht fällt, stellen die Gendrift und Genshift einen wichtigen Faktor derEvolutionvonGründerpopulationenund somit derArtbildungdar. Sie basiert darauf, dass eine abgeschnittene Zufallspopulation, die in einem bestimmten Gebiet lebt, nur einen kleinen Ausschnitt der möglichen Allelfrequenzen besitzt, die außerdem in einem anderen Verhältnis zueinander stehen als in der Gesamtpopulation. Die evolutionäre Weiterentwicklung dieser Population ist abhängig von diesen verschobenen Genfrequenzen.

AlsFlaschenhalseffektwird eine besondere Art der Gendrift bezeichnet, bei der die Populationsgröße durch ein zufälliges Ereignis stark vermindert und dadurch die in der Population vorkommendeVariabilitätverringert wird. Die Allelfrequenzen unterscheiden sich hinterher meist von denen der ursprünglichen Population, die verminderte genetischeDiversitäterschwert zukünftige adaptive Veränderungen.

Gendrift kann auch in größerenpanmiktischenPopulationen auftreten, nach Aufteilung in kleinere Teilpopulationen. Voraussetzung sind zufällige Veränderung von Genen und Weitergabe der veränderten Gene.

Bedeutungserweiterung: Als Gendrift wird auch die Verbreitung solcher Veränderungen in größere Populationen bezeichnet. Heute bezeichnet man als Gendrift auch das Eindringen bewusst oder zufällig veränderter Gene in andere Bereiche.

Genfrequenzen

Aus der Sicht derPopulationsgenetikist die Gendrift ein Wahrscheinlichkeitseffekt. Die Gene, die an die nachfolgendeGenerationweitergegeben werden, sind keine vollständige Kopie der Gene der erfolgreichen Mitglieder der Elterngeneration. Sie sind eine zufällige (stochastische) Auswahl, eineStichprobemit zufälligen Schwankungen. Durch zufällige statistische Schwankungen weicht dieAllelfrequenzin der Elternpopulation von der in der Kinderpopulation ab. Gendrift ist umso stärker bemerkbar, je kleiner eine Population ist. Dies hat statistische Ursachen. Beispiel: Beim Werfen von Münzen erscheint Kopf oder Zahl im Durchschnitt mit der gleichen Wahrscheinlichkeit. Doch bei nur wenigen Würfen ist es unwahrscheinlich, dass Kopf und Zahl exakt mit derselben Häufigkeit erscheinen. Je größer die Zahl der Würfe, desto näher kommt man einem Verhältnis von 50: 50. Deshalb sind bei kleinen Populationen dieFluktuationenbei den Genfrequenzen größer als bei Populationen mit vielen Individuen (effektive Populationsgröße).

Wenn die Häufigkeit eines Allels in den aufeinanderfolgenden Generationen stark zu- oder abnimmt, dann kann ein Allel in der Population ganz verschwinden oder es wird das einzige Allel in der Population (Fixierung). Diegenetische Vielfaltwird verringert, derGenpoolverarmt.

Gendrift und Genshift gegen natürliche Selektion

Gendrift bzw. Genshift undnatürliche SelektionsindEvolutionsfaktorenund wirken gleichzeitig. Durch sie ändert sich die Zusammensetzung desGenpools.Die Häufigkeit von Allelen (Genvariationen) und damit die vorherrschendenphänotypischenMerkmale in einer Population werden über die Zeit geändert. Bei Gendrift und Genshift ist die Veränderung in der Häufigkeit der Allele unabhängig davon, ob sie vorteilhaft oder nachteilig auf denPhänotypsind. Gendrift ist zufallsbedingt und unabhängig von der genetischenFitnesszu betrachten. Im Gegensatz dazu werden bei der natürlichen Selektion diejenigen phänotypischen Merkmale und damit diejenigen Allele bevorzugt, welche die genetische Fitness erhöhen. In großen Populationen, in denen die Gendrift klein ist, wird die natürliche Selektion selbst bei niedrigem Selektionsdruck den größeren Betrag zur Veränderung der Genfrequenzen haben. In kleinen Populationen dagegen werden die größeren statistischen Schwankungen durch die Gendrift die Änderungen durch die Selektion überlagern.

Gendrift und Genshift in Populationen

Genshift und Gendrift können tiefgreifende und oft bizarre Auswirkungen auf die Evolutionsgeschichte einer Population haben. Dies kann sogar zumAussterbeneiner Population führen. Wenn eine Population auf eine geringe Größe zusammenschrumpft und dann wieder wächst (man nimmt an, dass dies während der menschlichen Evolutionsgeschichte geschehen ist), dann kann die Gendrift zu plötzlichen und dramatischen Änderungen in der Genfrequenz führen, unabhängig von natürlicher Selektion. Bei solchen Gelegenheiten können viele vorteilhafteAnpassungenverloren gehen (genetischer Flaschenhals). Mit einem genetischen Flaschenhals verbundeneGendefektewerden gelegentlich durchPurgingteilweise kompensiert.

Auf ähnliche Weise kommt derGründereffektbei zum Beispiel wandernden Populationen zustande, bei dem nur wenige Individuen mit einer seltenen Allelzusammensetzung den Ausgangspunkt einer neuen Population bilden. Hier können die Genfrequenzen im Widerspruch zur bisherigen natürlichen Selektion stehen. Der Gründereffekt wird manchmal für das gehäufte Auftreten vonErbkrankheitenverantwortlich gemacht.

Genshift in der Virologie

Einige Viren sind genetisch besonders instabil, z. B. dasHIVsowie Erreger derInfluenzaund „grippaler “Erkältungskrankheiten. Genshifts bei Influenza-Viren gelten als Ausgangspunkt einerPandemiewie derSpanischen Grippevon 1918 und derAsiatischen Grippevon 1957.

Siehe auch

• Artenwechsel
• Hardy-Weinberg-Gleichgewicht

Literatur

• Andrew Cockburn:Evolutionsökologie.Gustav Fischer, Stuttgart – Jena – New York 1995,ISBN 3-437-30775-4.
• Douglas J. Futuyma:Evolutionsbiologie.Birkhäuser, Basel – Boston – Berlin 1990,ISBN 3-7643-2200-4.
• Wilhelm Nultsch:Allgemeine Botanik.11. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart – New York 2001.

Weblinks

Wiktionary: Gendrift– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Peter von Sengbusch:Mutation, Genfluß und Rekombination; Drift und Selektion.In:Botanik online.2004;abgerufen am 25. März 2022.
• Franz Hetzer u. a.:Erklärungen für den Artenwandel.In:tgs-chemie.de.Archiviert vomOriginalam8. April 2011;abgerufen am 25. März 2022.
• Bernhard Peter:Launenhafte Viren: Gen-Drift und Gen-Shift.In:welt-der-wappen.de.2006;abgerufen am 25. März 2022.