Mendel‘sche Artbildung: sein Gesetz der Populationsentwicklung und die Rolle der Gendrift
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(26 Seiten, 3282 KB, Stand: 22.07.2025)Zusammenfassung
In Mendels berühmter Studie über Pflanzenhybriden bestätigte er, was andere vor ihm bereits beobachtet hatten, nämlich dass die Phänotypen der Hybriden zu denen der Eltern zurückkehren. Diese rasche Umwandlung eines Phänotyps in einen anderen wird durch einen wichtigen Mechanismus verursacht, der den Ursprung der Arten erklärt. Mendel nannte diesen Prozess das Gesetz der Populationsentwicklung. Er wies nach, dass er auf den Verlust von Heterozygotie zurückzuführen ist, und beschrieb diesen Prozess mathematisch an Erbsenpflanzen. Der Verlust der Heterozygotie ist jedoch kein intuitiver Prozess. Er tritt zum einen bei selbstbefruchtenden Pflanzen wie Erbsen auf, zum anderen bei Organismen, die sich innerhalb von Populationen frei vermehren können. Bei letzteren ist davon auszugehen, dass die Häufigkeit, mit der ihre Phänotypen beobachtet werden, stabil bleibt. Auf der Grundlage der Hardy-Weinberg-Regeln sagt die Populationsgenetik dies als das zu erwartende Ergebnis voraus. Der zufällige Verlust von Heterozygotie während der Meiose untergräbt jedoch diese erwartete Stabilität und ermöglicht nicht nur die Rückkehr von Hybriden zu den Eltern, sondern auch ein enormes Artenbildungspotenzial. Mendel (1866) bestätigte, dass dieser Prozess bei einer Vielzahl von Pflanzenarten auftritt. Buri (1956) wies nach, dass er bei Fruchtfliegen stattfindet. Im vorliegenden Manuskript wird die Rolle der Meiose und des Verlusts der Heterozygotie bei der Artbildung untersucht und es werden Monte-Carlo-Simulationen beschrieben. Diese bestätigen, dass die Prozesse in Populationen unter natürlichen Bedingungen ablaufen, und sie enthüllen Details des Prozesses, die für die beobachtete Entwicklungsgeschichte von Populationen, die Evolution von Arten, verantwortlich sind.
Abstract in English: Mendel’s speciation: his law of population development and the role of genetic drift
In Mendel’s famous study of plant hybrids, he confirmed, what others before him had previously observed, that hybrid phenotypes revert to the parent phenotypes. This efficient transformation from one phenotype into another is caused by an important mechanism that accounts for the origin of species. Mendel referred to this process as the Law of Population Development. He demonstrated that it resulted from loss of heterozygosity, and mathematically described the process in pea plants. Loss of heterozygosity is not an intuitive process. If organisms freely breed within populations, the frequencies with which their phenotypes are observed are expected to remain stable. Population genetics based on Hardy-Weinberg rules predict this is the expected outcome. However, the random nature of loss of heterozygosity during meiosis undermines this expected stability, permitting not only hybrid-to-parent reversion but also prodigious speciation potential. Mendel (1866) acknowledged the process occurred in a variety of plant species. Buri (1956) demonstrated it took place in fruit flies. In the present manuscript the role of meiosis and loss of heterozygosity in speciation is reviewed and Monte Carlo simulations are described. These confirm the processes naturally occur in populations, and they reveal details of the process that account for the observed developmental history of populations, the evolution of species.
Inhalt
1. Einführung
2. Mendels Entdeckungen mit Hülsenfrüchte
2.1 Das Mendel‘sche Gesetz der exponentiellen Merkmalskombinationen
2.2 Das Mendel‘sche Gesetz der Populationsentwicklung
2.3 Das Mendel‘sche Gesetz der Populationsentwicklung: Polygene Merkmale
2.4 Mendel‘sches Gesetz der Populationsentwicklung: Verlust der Heterozygotie und Fortpflanzungsisolation
2.5 Mendels Gesetz der Populationsentwicklung: mathematische Überlegungen
3. Die Rolle der Gendrift
3.1 Panmiktische Populationen und Gendrift
3.2 Hardy-Weinberg-Gleichgewicht in natürlichen Populationen
3.3 Das Monte-Carlo-Simulationsmodell und die Fixierung eines einzelnen Gens
3.4 Stichprobenfehler, Standardabweichung der Verhältnisse und zufällige Gendrift
3.5 Fixierung mehrerer Gene und Artbildung
3.6 Artbildung mit mehreren Merkmalen durch Verlust der Heterozygotie
4. Diskussion
4.1 Populationsentwicklung im Laufe der Zeit: Artbildung und Hybridisierung
4.2 Mendel und die Entstehung der Arten
Literatur