什么是穆勒的棘轮(Muller's ratchet)?

首先棘轮这个单词很有意思,译为防止倒转的棘轮,这和该名词的本意有着异曲同工之妙。

Muller's ratchet 定义:一种假说,用于解释为什么一些具有重要功能的基因,可能会在无性繁殖中逐渐被丢失;换句话说,有害突变会在无性繁殖的生物体中不断累积,直至积重难返,甚至可能导致物种的灭绝。

这种情况多发生于内共生体(endosymbiont),例如线粒体或叶绿体,当然线粒体或叶绿体也有相应的机制去应对有害突变累积所带来的危害。

举个例子,在生物体中不可避免地会发生基因的突变,有些突变是有益的,而有些突变则是有害但不致命的。通常来说,由于有益突变的存在,有害突变一般不会造成严重的危害,从而使得生物体保留着这些有害突变继续存活和繁殖。但是对于无性繁殖的生物体而言,它们不可能发生水平层面的基因交换(例如:有性繁殖的基因重组等),这也就意味着那些已经发生有害突变的基因(突变型),不可能再从别的生物体中获得相对应的野生型基因。这些已经发生有害突变的基因,对于无性繁殖的生物体而言,就好像一个棘轮(ratchet),是不可倒转的。

(可能有人会疑惑,回复突变不可以使得有害突变回复到野生型的状态吗?可以的,但是回复突变的概率相较于有害突变的概率低很多)

相较而言,对于有性繁殖的生物体,当某个个体产生有害突变后,该个体与种群中其他具有野生型基因的个体进行有性生殖,则可能可以产生不携带有害突变的后代(例如:Aa和AA,甚至是Aa和Aa)。这就是有性生殖的优势。



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