Genpool - Mutation & Selektion
Der Genpool entspricht der Gesamtheit aller Erbinformationen einer Population, d.h. der Individuen einer Art in einem Biotop bzw. einer Biozönose. Die Zusammensetzung des Genpools kann sich durch z.B. das Auftreten von Mutationen mit der Zeit verändern. Die Auswirkungen von Mutationen auf die Zusammensetzung des Genpools lassen sich unter Anwendung von Überlegungen des Gesetzes von Hardy & Weinberg berechnen.
Hardy & Weinberg gingen bei der Formulierung ihrer Berechnung von einer sog. "Idealen Population" aus, d.h. die Gültigkeit bzw. Genauigkeit der Berechnungen hängen davon ab, wie gut die betrachtete Population oder Situation den Annahmen für eine "Ideale Population " entspricht.
In einer sich bisexuell fortpflanzenden "Idealen Population"
- ist die Partnerwahl nicht eingeschränkt und nur vom Zufall abhängig
- die Population ist so groß, dass Zufallsschwankungen keine Rolle spielen
- alle Individuen haben die gleiche Chance eigene genetische Information zu "vererben"
Weiterhin wird in der Regel nicht der gesamte Genpool, also das gesamte Genom, sondern nur ein einiges Gen und in Form von zwei verschiedenen Allelen betrachtet.
Ausgehend von diesen Einschränkungen gelten für die zwei Allele eines Gens die folgenden Annahmen:
- die beiden Allele stellen den gesamten Genpool in Bezug auf das betrachtete Gen (oder Merkmal)
- ist der Anteil eines Allels 0, so ist die Population reinerbig
- die Summe der Anteile der beiden Allele am Genpool ergeben deshalb zusammen 1
Beispiel:
Betrachtet man eine Population von 50 diploiden, einzelligen Individuen, von denen eines auf einem seiner homologen Chromosomen eine Mutation trägt, bei der das normale Allel A in die Form M mutiert ist, ...
- so existieren insgesamt 100 homologe Chromosomen, also auch 100 Genkopien
- der Anteil des Allels A beträgt 99 von 100, also 99/100 --> die relative Häufigkeit des Allels A, auch Allelfrequenz genannt, ist 99/100
- der Anteil des Allels M beträgt 1 von 100, also 1/100 --> die Allelfrequenz des alles Allels M, ist 1/100
- die Summe beider relativer Häufigkeiten oder Allelfrequenzen ist 1/100 + 99/100 = 1
Es hilft diese Population von Einzellern noch etwas weiter zu "beobachten", da sich dabei weitere Erkenntnisse gewinnen lassen: Zur Fortpflanzung werden nun durch Meiose haploide Keimzellen gebildet. In einer "Idealen Population" bilden alle Individuen gleich viele Keimzellen. Wir gehen der Einfachheit davon aus, dass das einzellige Individuum einfach eine meiotische Teilung durchläuft, wie es oft bei einzelligen Grünalgen, z.B. Chlamydomonas, der Fall ist. Als Endprodukt gehen daraus jeweils 4 Keimzellen hervor. Daraus folgt (ggf. Meiose wiederholen!) für die Gesamtheit der entstandenen Keimzellen:
- es existieren insgesamt 200 haploide Keimzellen mit jeweils einem Allel
- davon tragen 2 das Allel M und 198 das Allel A (der Einzeller mit der Mutation bildet je 2 Keimzellen mit A bzw. M)
- die relativen Häufigkeiten betragen 2/200 für M und 198/200 für A, d.h. die Allelfrequenzen ändern sich nicht (2/200 = 1/100!)
Bei der Zygotenbildung verschmelzen nun jeweils 2 dieser Keimzellen zu insgesamt 100 Einzellern. Dabei können verschiedene Genotypen entstehen: AA, AM und MM! Bei freier Partnerwahl, also rein zufälliger Fusion zweier beliebiger Keimzellen, kann man die Anzahl der Individuen mit den möglichen Genotpen berechnen. Dazu werden einfache Grundlagen der Wahrscheinlichkeitsrechnung (Stochastik) benötigt.
In unserer "Idealen Population" entspricht die Wahrscheinlichkeit der Verschmelzung einer Keimzelle mit dem Allel A mit einer weiteren Keimzelle mit dem Allel A dem Produkt der relativen Häufigkeiten, also 99/100 x 99/100 = 9801/10000 = 98,01/100 = 98,01 % oder 0,9801.
Man stelle sich vor, man würde eine Verschmelzung per Hand durchführen: Man ziehe dazu zeitgleich mit beiden Händen je eine Keimzelle, für beide Hände beträgt die Wahrscheinlichkeit eine Keimzelle mit Allel A zu enthalten 99/100, die Wahrscheinlichkeit, dass dies in beiden Händen der Fall ist, ergibt sich durch Multiplikation der Wahrscheinlichkeiten (relative Häufigkeit oder Allelfrequenz).