Muokataan osiota sivusta Eliömaailma rappeutuu (kirja)

== Luku 5 Genomitason valinnan ongelmat ==

Geneetikkojen käytäntönä on Sanfordin mukaan ollut yleistää yhden mutaation valintaa koskevat päätelmät koskemaan kaikkia mutaatioita periaatteella, se mikä toimii yhdellä, toimii kaikilla. Tämä on kuitenkin kuin väittäisi, että jos jollakulla on varaa ostaa yksi auto, hänellä on varaa ostaa miten monta autoa tahansa. 

=== 1. Valinnan hinta ===
Ihmisen geeniperimä käsittää kahtena kopiona kolme miljardia dna-koodin kirjainta. Jokainen on tuonut tähän perimään sata uutta muutosta, mutta perinyt myös kaikki aiemmat muutokset. Tämä tarkoittaa, että jokainen ihminen on mutantti. Kaikkien mutaatioiden valinta samalla tarkoittaisi välitöntä sukupuuttoa. Jo oman sukupolvemme aikana ihmiskuntaan on tullut 700 miljardia uutta mutaatiota (7 miljadia ihmistä x 100 mutaatiota). 

Ihmisistä voidaan kuitenkin estää lisääntymästä vain alle kolmasosaa, jolloin tämä julma toimenpide poistaisi ihmispopulaatiosta reilut 233 miljardia mutaatiota. Tämänkin jälkeen jäisi jäljelle yli 467 miljardia mutaatiota. Vaikka oletettaisiin, että kaksi kolmasosaa mutaatioista on täysin neutraaleja, jäljellä on silti yli 155 miljardia mutaatiota. Vaikka karsimisen määrä kaksinkertaistettaisiin, eli kahta kolmasosaa ihmisistä estettäisiin lisääntymästä, jäljellä olisi edelleen yli 77 miljardia mutaatiota. Näin voimakkaaseen valintaan meillä ei kuitenkaan ole varaa.

=== Huomaamattomat ja merkitykseltään vähäiset mutaatiot ===

Tappavat tai lähes tappavat mutaatiot eivät ole populaation näkökulmasta valinnan ongelma, sillä ne ovat harvinaisia ja ne karsiutuvat itsestään. Erityisesti lyhyellä aikavälillä populaation kannalta ongelmallisimpia ovat merkitykseltään vähäiset mutaatiot<ref name="kimurajaohta71" /><sup>s.53</sup>, jotka pitää karsia tai populaatio rappeutuu nopeasti. Vaikka ne saataisiinkin karsittua, jäljellä ovat edelleen lähes neutraalit mutaatiot. Näin ollen genomit väistämättä rappeutuvat. 

==== lähes neutraalit mutaatiot ====

Suurin osa mutaatioista on vaikutukseltaan lähes neutraaleja ja niiden vaikutus jää kaikenlaisen biologisen kohinan jalkoihin.<ref name="kimura1968" />{{,}}<ref name="kimura1983" />{{,}}<ref name="kimurajaohta71" /> Näillä mutaatioilla on kuitenkin vaikutusta, sillä ne tuhoavat näissä nukleotidipaikoissa olevaa informaatiota. Ne vastaavat autossa ruostumista, joka tapahtuu atomi kerrallaan. Vaikka hajonneita osia autosta voikin korjata, kaikkialla tapahtuvaa ruostumista ei pysty pysäyttämään. Sama pätee myös ihmisen ikääntymiseen, vaikka elimiä voidaan vaihtaa, vanhenemista aiheuttavia mutaatioita soluissa ei voida pysäyttää. Tämä ongelma on saanut yhden tunnetun populaatiogeneetikon kirjoittamaan tutkimuksen otsikolla "''Why have we not died 100 times over?''"<ref name="kondrashov1995" />. 

Homogeenisessa ympäristössä elävässä bakteeripopulaatiossa valinta on tehokasta ja jokainen solu on itsenäisesti valinnan kohde. Niiden genomit ovat pieniä ja geenien väliset vuorovaikutukset suhteellisen vähäisiä. Ne lisääntyvät nopeasti ja mutaatioita tulee vain vähän kuhunkin genomiin. Huomaamattomia mutaatioita on tällaisessa populaatiossa vähän. Ihmispopulaatiossa ja muilla nisäkkäillä tällaista etua ei kuitenkaan ole, sillä genomit ovat isoja, geenien välillä on paljon vuorovaikutusta, ja lisääntymiskohinaa on paljon. Näin ollen meillä on valinnan ulottumattomissa olevia nukleotideja paljon enemmän kuin mikrobeilla. 

==== Merkitykseltään vähäiset mutaatiot ====

Heti lähes neutraaleja mutaatioita suurempivaikutukselliset mutaatiot ovat merkitykseltään vähäisiä mutaatioita. Niillä on havaittavissa oleva vaikutus, vaikka se onkin pieni. Jalostajilla on vaikeuksia nähdä näitä, mutta luonnonvalinta usein ”huomaa” ne, jos populaatiolla on riittävästi kokoa ja aikaa on riittävästi käytettävissä. Tällä on kuitenkin rajoituksensa, sillä näiden mutaatioiden vaikutus on pieni ja muiden tekijöiden vaikutus voi olla suurta. On kuin yrittäisi nähdä myrskyävästä merestä sinne heitetyn kiven aiheuttamat aallot. 

Merkitykseltään vähäisten mutaatioiden vaikutuksen yli ajaa mm.

*Populaation suuri satunnainen kuolleisuus
*Tappavat ja lähes tappavat mutaatiot
*Suurin osa mutaatioista on peittyviä
*Geenien välinen vuorovaikutus (epistasia)
*Pienissä populaatioissa seksuaalisen rekombinaation satunnaisuus

Nämä tekijät aiheuttavat geneettistä ajautumista. Vaikka luonnonvalinta pystyykin poistamaan useita tällaisia merkitykseltään vähäisiä mutaatioita, tulee näistä mutaatioista kohinaa toisilleen, kun niiden määrä kasvaa. Valinnan teho tippuu nollaan hyvin nopeasti, kun valittavana olevien mutaatioiden määrä kasvaa. Kimura<ref name="kimura1983" /> viittaa tähän valintainterferenssiksi kutsuttuun ilmiöön, ja esittää (s. 30), että vain 138 nukleotidipaikkaa on yhtä aikaa valittavissa, vaikka populaatiosta voitaisiin poistaa 50% joka sukupolvessa ja yhtä ominaisuutta vastaan valitaan heikosti (s = 0,01).

Useampien satojen mutaatioiden yhtäaikainen valintayritys pysäyttää valinnan vauhdin täysin ja näin varsin rajoitettuunkin määrään mutaatiota vaikuttamiseen menee satoja tuhansia sukupolvia. Tämä rajoitus tekee genominlaajuisen valinnan mahdottomaksi. 

=== Lisääntymisen estäminen ===

Mutantteja ei voida järjestelmällisesti estää lisääntymästä logistisista syistä, mikä tuottaa ongelman valinnan kannalta.<ref name="haldane1957" />{{,}}<ref>{{Lehtiviite | Tekijä = Lynch, M., Conery J., ja Burger R. | Otsikko = Mutation accumulation and the extinction of small populations  | Julkaisu = Am. Nat. | Ajankohta = 1995 | Numero = 146 | Sivut = 489-518 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref>{{,}}<ref name="kondrashov1995" /> Toivottu ominaisuus on tyypillisesti yksilössä, jossa on myös jokin ei-toivottu ominaisuus, eikä näitä ominaisuuksia voida erottaa toisistaan. Koska mutaatioista suurin osa on haitallisia, päätyy näitä väkisin enemmän seuraavalle sukupolvelle, kun valitaan jonkin hyödyllisen puolesta.

Jos otetaan samasta populaatiosta kaksi yksilöä, joilla kummallakin on omat 10 000 mutaatiota perimässään. Näin ollen kahden yksilön välillä on 20 000 eroa, ja kummallakin on 10 000 hyvää ja saman verran huonoja nukleotidipaikkoja toiseen yksilöön nähden. Keskiarvoinen ero on pieni ja kelpoisuuden kannalta sen ratkaisevat harvat merkittävät mutaatiot, joihin valinta kohdistuu samalla kun enemmistö mutaatioista jää valinnan ulottumattomiin. Näin ei voida estää mutaatioiden kertymistä, vaikka lisääntymisen suhteen voitaisiinkin ylläpitää täydellistä kontrollia. 

=== Fyysinen kytkentä ===

Koko genomi koostuu suurista yhteenlinkittyneistä ryhmistä<ref name="Tishkoff">{{Lehtiviite | Tekijä = Tishkoff, S.A. ja Verrelli, B.C.  | Otsikko = Patterns of human genetic diversity: implications for human evolutionary history and disease. | Julkaisu = Annual Review of Genomics and Human Genetics | Ajankohta = 2003 | Numero = 4 | Sivut = 293-340 | Tunniste = | Viitattu = }}</ref>. Jokainen tällainen blokki sisältää vahingollisia muutoksia, vaikka se sisältäisi jonkun merkittävän hyödyllisenkin mutaation. Ryhmän kokonaisvaikutus kelpoisuuteen on siis vahingollinen, vieläpä, kun kuhunkin tällaiseen ryhmään ehtii kertyä tuhansia vahingollisia mutaatioita ennen ensimmäistäkään hyödyllistä. 

Vuonna 2006 julkaistun tutkimuksen<ref name="loewe2006">{{Lehtiviite | Tekijä = Loewe, L. | Otsikko = Quantifying the genome decay paradox due to Muller’s ratchet in human mitochondrial DNA | Julkaisu = Genetic Research | Ajankohta = 2006 | Numero = 87 | Sivut = 133-159 | Tunniste = | Viitattu = }} </ref> mukaan ihmisen olisi pitänyt kuolla sukupuuttoon evolutiivisella aikajanalla. Tutkimuksessa käsiteltiin kuitenkin vain mitokondrion DNA:ta, ja se on vain yksi ihmisen 100 000 – 200 000:sta yhdistyneestä ryhmästä. Näin ollen tutkimus aliarvioi yhteenliittymien ongelman jopa 200&nbsp;000-kertaisesti.