Genetik

Der Evolutionsfaktor Gendrift verändert die genetische Struktur von Populationen. Wie das funktioniert und was die Begriffe Gründereffekt und  Flaschenhalseffekt bedeuten, erklären wir dir hier anhand von Beispielen. %Wir haben dazu auch ein kurzes, anschauliches Video für dich vorbereitet. Schau vorbei!

Inhaltsübersicht

Was ist Gendrift? 

Gendrift oder genetische Drift ist die zufällige Veränderung der Häufigkeit bestimmter Genvarianten (Allele ) im Genpool einer Population. Im Genpool „schwimmen“ sozusagen alle Gene einer bestimmten Population. Das kann zum Beispiel eine Vogelart auf einer Insel sein. Jedes Gen kommt in bestimmten Varianten vor – den Allelen. Von einem Gen, das die Federfarbe eines Vogels bestimmt, gibt es zum Beispiel zwei Allele: Ein Allel sorgt für die Ausprägung grüner Federn, das andere für die Ausprägung gelber Federn. 

Die jeweiligen Allele kommen im Genpool in unterschiedlichen Häufigkeiten vor. Das bezeichnest du als  Allelhäufigkeit oder Allelfrequenz. Durch Gendrift kommt es also entweder zu einer Verminderung oder Vermehrung bestimmter Allele im Genpool. 

%<img src="https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcQWANAgj3jV9aqfEeXxRRCxnq33lAJus8QPyw&usqp=CAU" alt="Prozesse der Evolution | SpringerLink" /> %Hier bitte ein Bild vom Genpool (hier gerne aus Evolutionsfaktoren entnehmen/ gelb soll nicht oft vorkommen) mit der Federfarbe von Vögeln: dann vom Genpool (ursprüngliche Population) links und rechts zwei Pfeile machen und zwei weitere Genpools machen: in einem fast nur rote und kaum gelbe Allele, wenig grüne; im anderen vor allem Gelbe und kaum grüne und rote. und jeweils auf die Pfeile Gendrift schreiben; Beschriftung: Gendrift, alt Text: Gendrift, genetischer Drift, Population, Beispiel, Flaschenhalseffekt, gründereffekt, Evolution biologie

Wichtig ist, dass du dir merkst, dass für die Gendrift Zufallsereignisse wie ein Vulkanausbruch oder eine Überschwemmung verantwortlich sind. Besonders in kleinen Populationen hat Gendrift große Auswirkungen, weil bestimmte Allele schneller aus dem Pool „verschwinden“ können. 

In Bezug auf Gendrift fallen häufig die Begriffe Flaschenhalseffekt und Gründereffekt. Beide Effekte führen zu einer verringerten genetischen Variabilität (Vielfalt) in einer Population. 

Gendrift Definition

Gendrift (engl. genetic drift; auch: Allelendrift / Sewall-Wright-Effekt) wird in der Populationsgenetik als die Änderung der Allelfrequenz innerhalb eines Genpools einer Population aufgrund von Zufallsereignissen bezeichnet. 

Flaschenhalseffekt

Eine wichtige Variante der Gendrift ist der Flaschenhalseffekt. Hier schrumpft die Größe einer bestimmten Population drastisch. Unter einer Population verstehst du allgemein eine Gruppe von Individuen einer Art, die den gleichen Lebensraum haben und sich miteinander fortpflanzen können. 

Für die plötzliche Verkleinerung der Population sind Katastrophen wie Seuchen, Vulkanismus, Überschwemmungen, anhaltende Dürre oder Kälte verantwortlich. Aber auch wir Menschen können z.B. durch Luft- oder Wasserverschmutzung dazu beitragen, dass bestimmte Populationen schrumpfen. 

Zum Beispiel überleben aus unserer Vogelpopulation mit den drei verschiedenen Federfarben – gelb, grün und rot – aufgrund eines Vulkanausbruchs vor allem rote und grüne Vögel. Die gelben Vögel waren vorher schon selten und sind jetzt fast „verschwunden“. 

Durch den Flaschenhalseffekt überlebt also zufällig nur ein kleiner Teil der Ausgangspopulation, ein Großteil verschwindet sozusagen. Das wirkt sich natürlich auch auf die Allelfrequenz im Genpool aus: Bestimmte Allele bleiben erhalten und andere können durch den Tod der Individuen sogar aus dem Genpool verschwinden. Seltene Allele haben dabei natürlich eine größere Wahrscheinlichkeit im neuen Genpool nicht mehr enthalten zu sein. 

Die Gendrift führt also zu einer „Verarmung“ der genetischen Variabilität. Das nennst du auch genetischer Flaschenhals. Das kann bestimmte Probleme zur Folge haben wie erhöhte Inzucht (Fortpflanzung unter nah verwandten Lebewesen) oder geringere Resistenz gegenüber Krankheiten, wenn vorteilhafte Allele „verschwinden“. Besonders bei bedrohten Arten mit geringen Beständen, kann der Flaschenhalseffekt zum Aussterben dieser Arten führen. 

 

%<img class="" src="https://media.springernature.com/original/springer-static/image/chp%3A10.1007%2F978-3-662-58172-8_20/MediaObjects/154381_10_De_20_Fig9_HTML.png" alt="Prozesse der Evolution | SpringerLink" width="431" height="324" /> %Hier bitte analog animieren (nur mit gelb und blau / siehe Text; auch nummerieren aber ohne Text:); Beschriftung: Flaschenhalseffekt; alt Text: Flaschenhalseffekt, Gendrift, Allelfrequenz, Population, Evolution, Evolutionsfaktor, genetischer Falschenhals

Flaschenhalseffekt  Modell: 

Du kannst den Flaschenhalseffekt mit dem Modell einer Flasche mit verschiedenfarbigen Kugeln vergleichen.

1. Nehmen wir an, in der Flasche sind blaue und gelbe Kugeln. Sie kommen im ungefähr gleichen Verhältnis vor und stehen für zwei Allele einer Population (=Ursprungspopulation). 

2. Wir drehen die Flasche und dabei kugeln zufällig ein paar Kugel heraus. Da der Flaschenhals sehr schmal ist, passt auch nur ein kleiner Teil der Kugeln hindurch. Das steht für ein zufälliges Umweltereignis wie ein Tsunami, der die Population stark verkleinert. 

3. Wir haben jetzt nur noch sehr wenig gelbe, dafür aber viele blaue Kugeln. Die Allelfrequenz der überlebenden Population weicht also von der Ursprünglichen ab (=Gendrift).

4. Nach Überwinden der Katastrophe wächst die Population wieder an. Ihre Allelfrequenzen (wenig Allele für Gelb, viele Allele für Blau) spiegeln sich jetzt in der Regel in der überlebenden Population wider. 

Gründereffekt 

Beim Gründereffekt haben wir eine ähnliche Situation. Hier verringert sich die Ausgangspopulation allerdings nicht drastisch, sondern wenige Individuen einer Population besiedeln einen neuen Lebensraum. Sie gründen also eine neue Population.

Beispiele: 

  • ein Sturm weht einige Vögel einer Art auf eine andere Insel („Darwin Finken „)
  • Menschen bringen bestimmte Arten z.B. per Schiff zu einem anderen Kontinent, an dem sie zuvor noch nicht heimisch waren (z.B. Taufliegenart aus Europa nach Chile; Waschbär aus Amerika nach Deutschland)
  • Meeresströmungen sorgen dafür, dass wasserlebende Tiere an neue Lebensräume gelangen

In der „neuen“ kleineren Population – der Gründerpopulation – ist jetzt also nur noch ein Bruchteil der Allele der Ausgangspopulation vorhanden. Welche das sind, entscheidet der Zufall. Die Allelhäufigkeiten zwischen Ausgangspopulation (P1) und Gründerpopuation (P2) unterscheiden sich also (=Gendrift). 

%<img class="" src="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c7/Founder_effect.png" alt="Gründereffekt - Wikipedia" width="325" height="239" /> %Hier die "große Population" als Ausgangspopulation (P1) und die kleineren Populationen als Gründerpopulationen (P2) beschriften; Hier am besten so ähnlich animieren; Beschriftung: Gründereffekt: alt Text: Gründereffekt, Gendrift, Evolution Biologie, Evolutionsfaktoren, Population, Gründerpopulation

Durch die Isolation ist auch kein Genfluss (=gegenseitiger Austausch der Gene) zwischen den Populationen mehr möglich. Das führt zu einer geringeren genetischen Vielfalt, weil zum Beispiel manche Allele der Ursprungspopulation nicht mehr in der neuen Gründerpopulation zu finden sind. 

Halten wir noch einmal fest: Die Voraussetzung des Gründereffekts ist eine Isolation zwischen der Ausgangspopulation und der Gründerpopulation wie zum Beispiel durch eine räumlichen Trennung („Separation“). Hieraus können auch neue Arten entstehen, was du als allopatrische Artbildung bezeichnest. %Wenn du wissen möchtest, wie die Entstehung neuer Arten durch eine räumliche Barriere funktioniert, dann schaue dir unbedingt unser Video zur allopatrischen Artbildung an! %Thumbnail allopatrische Artbildung

Gendrift als Evolutionsfaktor

Unter Evolutionsfaktoren verstehst du Kräfte, welche die genetische Struktur einer Population verändern können. 

Bei der Gendrift handelt es sich um einen zufälligen und ungerichteten Faktor, der die Allelhäufigkeit einer Population verändert. Als Selektion („Auslese“) hingegen bezeichnest du die gerichtete Aussortierung bestimmter Individuen anhand ihrer Anpassung an die Umwelt. %Schau gerne bei unserem Video zur Selektion vorbei, um zu erfahren wie sie wirkt und welche Faktoren für die Auslese verantwortlich sind! %Thumbnail Evolutionsfaktor

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