العبء الجيني

تنص نظرية هالدين-مولر لتوازن الطفرة والاختيار على أن العبء يعتمد فقط على معدل الطفرات الضارة في الجينوم بأكمله .${\displaystyle U}$وليس على معامل الانتقاء ^{[ 6 ]} . تحديدًا، بالنسبة إلى النمط الجيني المثالي ذي اللياقة 1، فإن متوسط ​​لياقة السكان هو${\displaystyle e^{-U}}$إن الحدس وراء عدم الاعتماد على معامل الاختيار هو أنه في حين أن الطفرة ذات التأثيرات الأقوى تسبب ضررًا أكبر لكل جيل، إلا أن هذا الضرر يُشعر به لعدد أقل من الأجيال.

${\displaystyle U>1}$في معظم الفقاريات ^{[ 7 ]} مما يشير إلى عبء طفرات كبير. تقدير الحد الأدنى لـ${\displaystyle U}$يكون${\displaystyle U=2\mu G_{del}P_{del}}$أين${\displaystyle \mu }$هو معدل الطفرة لكل قاعدة،${\displaystyle G_{del}}$يمثل عدد المواقع ثنائية الصيغة الجينومية التي يمكن أن تحدث فيها طفرات ضارة، و${\displaystyle P_{del}}$يمثل نسبة الطفرات في${\displaystyle G_{del}}$والتي هي ضارة. باتباع هذا النهج، يصبح الإنسان${\displaystyle U>2.2}$^{[ 8 ]} . ونظرًا لأن هذه الطريقة تتجاهل العديد من مصادر الطفرات الضارة ^{[ 9 ]،} يقترح بعض الباحثين أن الإنسان${\displaystyle U}$يمكن أن تصل إلى 10 ^{[ 10 ] [ 11 ]} .

يتنبأ تطبيق معادلة هالدين-مولر e ^-U بأن متوسط ​​لياقة الجماعة سيكون منخفضًا جدًا، على سبيل المثال 0.007 مقارنةً بحالة عدم وجود طفرات ضارة منفصلة، ​​إذا وُجدت 5 طفرات ضارة جديدة لكل تكرار. مع ذلك، فإن الحالة المرجعية غير واقعية، إذ لا يوجد فرد خالٍ من الطفرات الضارة المنفصلة. يصف "الانتخاب اللطيف" ^{[ 12 ]} القدرة التنافسية مقارنةً بالأفراد الآخرين في الجماعة، على عكس الانتخاب القاسي حيث يكون النمط الجيني ذو اللياقة المنخفضة ميتًا أو عقيمًا بغض النظر عن لياقة منافسيه. يكون الانخفاض في متوسط ​​اللياقة مقارنةً بأفضل فرد موجود فعليًا في الجماعة أقل بكثير. ^{[ 13 ]}

يمكن أن يؤدي التفاعل الجيني السلبي إلى زيادة كفاءة التخلص من الطفرات الضارة، وذلك بجعل التباين في اللياقة أكبر من التباين المتوقع من التباين في عدد الطفرات الضارة. ^{[ 14 ] [ 15 ]} ويُعدّ اختيار البتر الشكل الأكثر تطرفًا للتفاعل الجيني السلبي في ظل الانتقاء المعتدل ، حيث يفشل، على سبيل المثال، 10% من الأفراد الذين يحملون أعلى عدد من الطفرات الضارة في التكاثر.

تشير التقديرات إلى أن كل إنسان يحمل، في المتوسط، حوالي 400 طفرة ضارة. ^{[ 16 ]}

قد لا تبقى الطفرة الضارة بشكل طفيف في حالة توازن بين الطفرة والانتخاب، بل قد تثبت بفعل الانحراف الوراثي عندما يكون معامل الانتخاب الخاص بها أقل من واحد مقسومًا على حجم التجمع الفعال . ^{[ 17 ]} بمرور الوقت، يمكن أن يؤثر تراكم الطفرات الضارة الثابتة بشكل خطير على لياقة التجمع. ^{[ 18 ] [ 19 ]} في التجمعات اللاجنسية، يُطلق على التراكم العشوائي لعبء الطفرات اسم "آلية مولر" ، ويحدث في غياب الطفرات المفيدة، عندما لا يمكن استعادة النمط الجيني الأكثر لياقة بعد فقدانه عن طريق إعادة التركيب الجيني . يحدث التراكم الحتمي لعبء الطفرات في الكائنات اللاجنسية عندما يتجاوز معدل الطفرات الضارة طفرة واحدة لكل تكرار. ^{[ 20 ]} من المتوقع أن يكون لدى الأنواع التي تتكاثر جنسيًا أعباء وراثية أقل. ^{[ 21 ]} هذه إحدى الفرضيات التي تفسر الميزة التطورية للتكاثر الجنسي . يتم تسهيل التخلص من الطفرات الضارة في التجمعات الجنسية من خلال التفاعل الجيني التآزري بين الطفرات الضارة. ^{[ 22 ]}

قد يؤدي الحمل العالي إلى صغر حجم السكان ، مما يزيد بدوره من تراكم عبء الطفرات، وينتهي الأمر بالانقراض عبر الانهيار الطفري . ^{[ 23 ] [ 24 ]}

لقد كان تراكم الطفرات الضارة في البشر مصدر قلق للعديد من علماء الوراثة، بمن فيهم هيرمان جوزيف مولر ، ^{[ 25 ]} وجيمس إف كرو ، ^{[ 22 ]} وأليكسي كوندراشوف ، ^{[ 26 ]} ودبليو دي هاميلتون ، ^{[ 27 ]} ومايكل لينش . ^{[ 28 ]}

في المجتمعات ذات الحمل الجيني الكافي، تُنتج الطفرات المفيدة الجديدة أنماطًا جينية أكثر ملاءمة من تلك الموجودة سابقًا في المجتمع. وعند حساب الحمل الجيني كفرق بين النمط الجيني الأكثر ملاءمة والمتوسط، ينتج عن ذلك حمل استبدالي . يُعرف الفرق بين الحد الأقصى النظري (الذي قد لا يكون موجودًا فعليًا) والمتوسط ​​باسم "حمل التأخر". ^{[ 29 ]} كانت حجة موتو كيمورا الأصلية لنظرية التطور الجزيئي المحايدة هي أنه إذا كانت معظم الاختلافات بين الأنواع تكيفية، فإن ذلك سيتجاوز الحد الأقصى لسرعة التكيف الذي يحدده الحمل الاستبدالي. ^{[ 30 ]} ومع ذلك، خلطت حجة كيمورا بين حمل التأخر والحمل الاستبدالي، مستخدمًا الأول بينما الثاني هو الذي يحدد في الواقع الحد الأقصى لمعدل التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي. ^{[ 31 ]}

تستنتج نماذج "الموجة المتنقلة" الحديثة للتكيف السريع مصطلحًا يُسمى "التقدم" وهو مكافئ للحمل الاستبدالي، وتجد أنه عامل حاسم في تحديد معدل التطور التكيفي. ^{[ 32 ] [ 33 ]}