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漂变、基因流与小群体

随机性与迁移都会重塑基因库。学习随机抽样如何在小群体中令频率漂变,迁移如何在群体之间混合频率,以及固定与有效群体大小的含义。

遗传漂变:随机性也有一票

哈迪–温伯格假设群体*无限*大。真实群体是有限的,而仅仅“有限”这一点就会引起变化。遗传漂变等位基因频率从一代到下一代的随机波动,纯粹由抽样造成——基因库中只有部分配子真正成为后代,而是哪些配子,多少带点运气成分。

关键规则:群体越小,漂变越强。抛一枚均匀硬币 4 次,出现三次正面你不会觉得意外;抛 4000 次,则会非常接近一半。同理,在一个 20 个体的群体里,某等位基因可能在一代之内偶然地从 0.5 骤变到 0.3;而在一个 20000 个体的群体里,它几乎纹丝不动。

漂变是无方向的——它不偏爱“更好”的等位基因——但它并非无害。让它持续足够久,某个等位基因最终会一路游移到频率 1 或 0。到达 1 即固定(该等位基因成为唯一剩下的);到达 0 即丢失。无论哪种情况,多态性都消失了,变异被永久抹去,除非突变或迁移重新引入它。

基因流:群体之间交换等位基因

漂变使群体彼此分化。基因流——通过迁移和杂交在群体之间移动的等位基因——又把它们拉回一起。当迁入者加入一个新群体并繁殖时,他们把原有的等位基因带入当地基因库,使两个群体的频率彼此靠拢。

One generation of migration, locus with allele A

Local population:   freq(A) = 0.20
Migrant source:     freq(A) = 0.80
Migrants make up m = 10% of the breeding pool this generation

New freq(A) = (1 - m) * local + m * migrant
            = 0.90 * 0.20 + 0.10 * 0.80
            = 0.18 + 0.08
            = 0.26

Even modest migration shifts frequencies toward the source
and erodes differences between populations.
迁移以加权平均的方式混合两个基因库。

有效群体大小与近交

多小才算“小”?头数可能误导你。有效群体大小(Ne)是一个理想群体的大小,该理想群体的漂变速率与真实群体相同。性别比例失衡、少数个体承担了大部分繁殖、或盛衰交替的周期,都会使 Ne 远小于普查计数——因此漂变的影响比你猜测的更强。

小的 Ne 还会提高近交——亲属之间的交配,在个体稀少时这很难避免。近交增加了一个个体继承同一等位基因两个拷贝的机会,提高纯合度,并使罕见的隐性等位基因暴露出来。小的 Ne、漂变与近交合在一起,正是保护遗传学的核心忧虑。