Populationsgenetik, Evolutionstheorien und Genfrequenzen

Grundlagen der Evolution und Populationsgenetik

Rekombination und genetische Variation

Die genetische Rekombination tritt während der Meiose auf. Sie beruht auf dem Austausch genetischen Materials, erfolgt nach dem Zufallsprinzip und ist preadaptiv (nicht auf zukünftige Umweltbedingungen ausgerichtet).

Definition der genetischen Population

Individuen sterben und verlieren ihre charakteristischen Merkmale, aber die Population bleibt bestehen. Eine genetische Population umfasst alle Individuen einer Art, die sich sexuell miteinander fortpflanzen können und somit einen gemeinsamen Genpool teilen.

Hauptfaktoren der Evolution

Fisher, Haldane und Wright zeigten, dass eine Veränderung der Genhäufigkeit in Populationen Evolution induzieren kann. Die wichtigsten Evolutionsfaktoren sind:

• Natürliche Selektion
• Mutationen
• Migration (Genfluss)

Damit sich zwei Populationen unterschiedlich entwickeln und zu neuen Arten führen, müssen beide Populationen voneinander isoliert bleiben.

Wichtige Evolutionstheorien

Die Neutrale Theorie (Kimura, 1968)

Kimura schlug 1968 die Neutrale Theorie der Evolution vor. Sie besagt, dass die meisten molekularen Mutationen weder günstig noch ungünstig, sondern neutral sind. Die natürliche Selektion ist demnach unempfindlich gegenüber den meisten molekularen Veränderungen, und die molekulare Evolution wäre nicht adaptiv.

Die Theorie des Punktuierten Gleichgewichts (Eldredge & Gould, 1972)

Diese Theorie steht im Gegensatz zum traditionellen Modell des Phyletischen Gradualismus, das langsame, stetige Veränderungen annimmt.

Das Modell des Phyletischen Gradualismus:

1. Alle Arten bilden eine einzige Linie aus einem evolutionären Vorfahren.
2. Die Transformation ist langsam und stetig.
3. Die Transformation tritt in der gesamten Population auf.

Das Modell des Punktuierten Gleichgewichts:

Eldredge und Gould lieferten 1972 eine Erklärung für das bewertete Gleichgewicht. Sie postulierten, dass neue Arten entstehen, wenn eine kleine Unterpopulation von der angestammten Art isoliert wird und sich auf andere Weise entwickelt, bis sie eine neue Spezies bildet. Die Theorie unterscheidet sich vom Gradualismus wie folgt:

1. Die Artbildung erfolgt nicht in einer einzigen Linie, sondern durch die Abspaltung von zwei oder mehr Linien von der angestammten Art.
2. Es wechseln sich Phasen langsamer oder keiner Veränderung („Stasis“) mit Perioden sehr schneller Transformation („Artbildung“) ab.
3. Die Umwandlung zu neuen Arten tritt nicht in der gesamten Region auf, sondern in einem kleinen, isolierten Gebiet (kleine Subpopulationen).

Populationsgenetik und das Hardy-Weinberg-Gesetz

Populationsgenetik: Frequenzen und Konzepte

Der Neo-Darwinismus lieferte unverzichtbare Konzepte zur Erklärung des Evolutionsmechanismus:

1. Die Populationsgenetik befasst sich mit Gen- und Genotypfrequenzen.
2. Sie untersucht die Faktoren, die Genfrequenzen verändern (Selektion, Mutation, Migration).
3. Sie berücksichtigt die geografische Isolation von Teilpopulationen.

Genotyp- und Allelfrequenzen

Eine Population ist die Menge von Individuen derselben Art, die am gleichen Ort leben und sich miteinander kreuzen, wodurch sie einen gemeinsamen Genpool teilen.

• Genotypfrequenzen: Die Häufigkeit der verschiedenen Genotypen in der Population.
• Allelfrequenzen: Die Häufigkeit jedes einzelnen Allels für ein bestimmtes Merkmal.

Das Gesetz von Hardy und Weinberg (1908)

Hardy und Weinberg untersuchten 1908 eine Population von Organismen mit sexueller Fortpflanzung. Sie zeigten, dass Gen- und Genotypfrequenzen von Generation zu Generation konstant bleiben, vorausgesetzt, es herrschen folgende Bedingungen:

• Zufällige Paarung (Panmixie)
• Keine Mutation
• Keine Migration
• Keine natürliche Selektion
• Sehr große Population (keine genetische Drift)

Das Gesetz dient als Nullmodell, um festzustellen, ob eine Population evolviert.

Faktoren, die Genfrequenzen verändern

Mutationen

Mutationen sind unerwartete und zufällige Veränderungen in der genetischen Information. Sie sind die Quelle neuer Allele. Sie sind preadaptiv, das heißt, sie treten zufällig in alle Richtungen auf, unabhängig davon, ob sie für die aktuelle Umgebung vorteilhaft sind. Wiederkehrende Mutationen können eine wichtige Rolle in der Evolution spielen.

Migration

Migration beschreibt den Genfluss, der durch den Eintritt von Individuen aus anderen Populationen (Einwanderer) oder den Austritt von Individuen aus der eigenen Population (Auswanderer) entsteht.