У папуляцыйнай генетыцы паток генаў (таксама вядомы як міграцыя або паток алеляў) — гэта перанос генетычнага матэрыялу ад адной папуляцыі да іншай. Калі хуткасць геннага патоку дастаткова высокая, то дзве папуляцыі будуць мець эквівалентныя частоты алеляў і, такім чынам, могуць лічыцца адной эфектыўнай папуляцыяй. Было паказана, што патрабуецца толькі «адзін мігрант на пакаленне», каб прадухіліць разыходжанне папуляцый праз дрэйф. Папуляцыі могуць разыходзіцца з-за адбору, нават калі яны абменьваюцца алелямі, у выпадку дастаткова моцнага ціску адбору. Паток генаў з’яўляецца важным механізмам перадачы генетычнай разнастайнасці паміж папуляцыямі. Мігранты змяняюць размеркаванне генетычнай разнастайнасці сярод папуляцый, змяняючы частоты алеляў (долю асобін, якія нясуць пэўны варыянт гена). Высокая інтэнсіўнасць патоку генаў можа паменшыць генетычнае адрозненне паміж двума групамі, павялічваючы гамагеннасць. Па гэтай прычыне лічылася, што паток генаў стрымлівае відаўтварэнне і прадухіляе пашырэнне арэала шляхам аб’яднання генафондаў груп, прадухіляючы такім чынам развіццё генетычных адрозненняў, якія прывялі б да дыферэнцыяцыі і адаптацыі. У некаторых выпадках распаўсюджванне, якое прыводзіць да патоку генаў, можа таксама прывесці да прыбаўлення новых генетычных варыянтаў пры пазітыўным адборы ў генафонд віду або папуляцыі (адаптыўная інтрагрэсія).

Існуе шэраг фактараў, якія ўплываюць на хуткасць патоку генаў паміж рознымі папуляцыямі. Мяркуецца, што паток генаў будзе меншы ў відаў з нізкай дысперсіяй або мабільнасцю, якія сустракаюцца ў фрагментаваных месцапражываннях, дзе вялікія адлегласці паміж папуляцыямі, і пры малых памерах папуляцыі. Мабільнасць адыгрывае важную ролю ў хуткасці рассейвання, паколькі высокамабільныя асобіны, як правіла, маюць большыя магчымасці для перамяшчэння. Хоць лічыцца, што жывёлы больш рухомыя, чым расліны, пылок і насенне могуць пераносіцца на вялікія адлегласці жывёламі, вадой ці ветрам. Калі паток генаў мае шмат перашкод, у папуляцыі можа павялічыцца інбрыдынг, які вымяраецца каэфіцыентам інбрыдынгу (F). Напрыклад, многія астраўныя папуляцыі маюць нізкія тэмпы патоку генаў праз геаграфічную ізаляцыю і невялікія памеры папуляцый. Чарнаногі скалісты валабі мае некалькі інбрэдных папуляцый, якія жывуць на розных астравах ля ўзбярэжжа Аўстраліі. Папуляцыя настолькі моцна ізалявана, што недахоп патоку генаў прывёў да высокага ўзроўню інбрыдынгу.

Вымярэнне патоку генаў Тэмпы патоку генаў сярод папуляцый можна ацаніць, назіраючы за распаўсюджаннем асобін і сочачы за іх рэпрадуктыўным поспехам. Гэты прамы метад трапны толькі для некаторых тыпаў арганізмаў, часцей за ўсё выкарыстоўваюцца ўскосныя метады, якія робяць выснову аб патоку генаў шляхам параўнання частот алеляў сярод выбарак папуляцыі. Чым больш генетычна дыферэнцыраваны дзве папуляцыі, тым ніжэй ацэнка патоку генаў, таму што паток генаў дае эфект гамагенізацыі. Ізаляцыя папуляцый прыводзіць да дывергенцыі з-за дрэйфу, а міграцыя памяншае разыходжанне. Паток генаў можна вымераць з дапамогай эфектыўнага памеру папуляцыі () і хуткасці чыстай міграцыі на пакаленне (m). Выкарыстоўваючы прыбліжэнне, заснаванае на астраўной мадэлі (Island model), можна разлічыць эфект міграцыі для папуляцыі з пункту гледжання ступені генетычнай дыферэнцыяцыі (). Гэтая формула ўлічвае долю агульнай варыяцыі малекулярных маркераў сярод папуляцый, асераднёную па локусах.Rogers, D. L., & Montalvo, A. M. (2004). Genetically appropriate choices for plant materials to maintain biological diversity. University of California. Report to the USDA Forest Service, Rocky Mountain Region, Lakewood, CO. www. f s I ed. u s/ r, 2. Калі ёсць адзін мігрант на пакаленне, каэфіцыент інбрыдынгу () роўны 0,2. Аднак, калі менш за 1 мігранта на пакаленне (без міграцыі), каэфіцыент інбрыдынгу хутка расце, што прыводзіць да фіксацыі і поўнай дывергенцыі ( = 1). Найбольш распаўсюджаны складае <0,25. Гэта азначае, што адбываецца нейкая міграцыя. Паказчыкі структуры насельніцтва вар’іруюцца ад 0 да 1. Калі паток генаў адбываецца праз міграцыю, шкодныя наступствы інбрыдынгу могуць быць выпраўлены.

Формула можа быць зменена для рашэння хуткасці міграцыі калі вядома:

,

дзе Nm = колькасць мігрантаў.

Бар’еры для патоку генаў

Алапатрычнае відаўтварэнне

Калі паток генаў блакуецца фізічнымі бар’ерамі, гэта прыводзіць да алапатрычнага відаўтварэння або геаграфічнай ізаляцыі, якая не дазваляе папуляцыям аднаго віду абменьвацца генетычным матэрыялам. Фізічныя бар’еры для патоку генаў звычайна, але не заўсёды, натуральныя. Яны могуць мець выгляд непраходных горных хрыбтоў, акіянаў або шырокіх пустынь. У некаторых выпадках бар’еры могуць быць штучнымі, створанымі чалавекам, напрыклад, Вялікая Кітайская сцяна, якая перашкаджае патоку генаў паміж мясцовымі папуляцыямі раслін. Было паказана, што выбаркі аднаго віду, якія растуць з абодвух бакоў, маюць генетычныя адрозненні, таму што паток алеляў практычна адсутнічае, каб забяспечыць рэкамбінацыю генафондаў.

Сімпатрычнае відаўтварэнне Бар’еры для патоку генаў не заўсёды павінны быць фізічнымі. Сімпатрычнае відаўтварэнне адбываецца, калі новыя віды ўзнікаюць ад аднаго продкавага віду знаходзячыся ў тым жа арэале. Часта гэта з’яўляецца вынікам рэпрадуктыўнага бар’ера. Напрыклад, было ўстаноўлена, што два віды пальмаў Howea, знойдзеныя на востраве Лорд-Хаў, маюць істотна розныя тэрміны цвіцення, якія карэлююць з надаваннем перавагі пэўным тыпам глебы, што прыводзіць да рэпрадуктыўнага бар’ера, які перашкаджае патоку генаў. Віды могуць жыць у адным і тым жа асяроддзі, але дэманстраваць вельмі абмежаваны паток генаў з-за рэпрадуктыўных бар’ераў, фрагментацыі, спецыялізаваных апыляльнікаў або абмежаванай гібрыдызацыі або гібрыдызацыі, што прыводзіць да непрыдатных гібрыдаў. Крыптычны від — гэта від, які чалавек не можа адрозніць без выкарыстання генетыкі. Больш за тое, паток генаў паміж гібрыднымі і «дзікімі» папуляцыямі можа прывесці да страты генетычнай разнастайнасці праз генетычнае забруджванне, асартатыўнае спарванне і аўтбрыдынг. У папуляцыях людзей генетычная дыферэнцыяцыя таксама можа быць вынікам эндагаміі з-за адрозненняў у кастах, этнічнай прыналежнасці, звычаях і рэлігіі.

Паток генаў з дапамогай чалавека

Генетычнае выратаванне Паток генаў таксама можа быць выкарыстаны для дапамогі відам, якія знаходзяцца пад пагрозай знікнення. Калі від існуе ў невялікіх папуляцыях, узрастае рызыка інбрыдынгу і большая ўспрымальнасць да страты разнастайнасці з-за дрэйфу. Гэтыя папуляцыі могуць атрымаць значную карысць ад увядзення нероднасных асобін, якія могуць павялічыць разнастайнасць і паменшыць колькасць блізкароднасных скрыжаванняў, а таксама патэнцыйна павялічыць памер папуляцыі. Гэта было прадэманстравана ў лабараторыі з двума вузкімі штамамі Drosophila melanogaster, у якіх скрыжаванне двух папуляцый змяніла эфект інбрыдынгу і павялічыла шанцы на выжыванне не толькі ў адным, але і ў двух пакаленнях.

Генетычнае забруджванне Такія дзеянні чалавека, як перамяшчэнне відаў і змяненне ландшафту, могуць прывесці да генетычнага забруджвання, гібрыдызацыі, інтрагрэсіі і генетычнага забалочвання. Гэтыя працэсы могуць прывесці да гамагенізацыі або замены лакальных генатыпаў у выніку колькаснай перавагі і/або перавагі ўпрыстасаванасці інтрадуцыраваных раслін або жывёл. Уведзеныя віды могуць пагражаць мясцовым раслінам і жывёлам іх знікненнем у выніку гібрыдызацыі і інтрагрэсіі альбо праз мэтанакіраваную інтрадукцыю чалавекам, альбо праз мадыфікацыю асяроддзя пражывання, у выніку чаго раней ізаляваныя віды ўступаюць у кантакт. Такія падзеі могуць быць асабліва шкоднымі для рэдкіх відаў, якія ўступаюць у кантакт з больш распаўсюджанымі відамі, што можа адбывацца паміж астраўнымі і мацерыковымі відамі. Скрыжаванне паміж відамі можа выклікаць «затапленне» генафонду больш рэдкіх відаў, ствараючы гібрыды, якія выцясняюць мясцовую папуляцыю. Гэта прамы вынік эвалюцыйных сіл, такіх як натуральны адбор, а таксама генетычны дрэйф, якія прыводзяць да павелічэння распаўсюджанасці выгадных прыкмет і гамагенізацыі. Распаўсюджанасць гэтай з’явы не заўсёды бачная па знешнім выглядзе. У той час як некаторая ступень геннага патоку адбываецца ў ходзе нармальнай эвалюцыі, гібрыдызацыя з інтрагрэсіяй або без яе можа пагражаць існаванню рэдкіх відаў. Напрыклад, крыжанка — гэта распаўсюджаны від качак, які лёгка скрыжоўваецца з мноствам іншых качак і прадстаўляе пагрозу цэласнасці некаторых відаў.

Урбанізацыя Ёсць дзве асноўныя мадэлі таго, як урбанізацыя ўплывае на паток генаў сярод гарадскіх папуляцый. Першая — праз фрагментацыю асяроддзя пражывання, якую таксама называюць гарадской фрагментацыяй, пры якой змены ландшафту, якія парушаюць або фрагментуюць асяроддзе пражывання, памяншаюць генетычную разнастайнасць. Другая называецца гарадской мадэллю садзейнічання і мяркуе, што ў некаторых папуляцыях паток генаў адбываецца з-за антрапагенных зменаў ландшафту. Садзейнічанне патоку генаў у гарадах злучае папуляцыі, памяншае ізаляцыю і павялічвае паток генаў у тэрыторыю, якая інакш не мела б такога спецыфічнага складу генафонду.

Гарадское спрыянне можа адбывацца рознымі спосабамі, але большасць механізмаў уключае ў сябе непасрэднае ці ўскоснае ўстанаўленне раней падзеленых відаў. Змяненне асяроддзя пражывання шляхам урбанізацыі прывядзе да фрагментацыі асяроддзя пражывання, але можа таксама патэнцыйна парушыць бар’еры і стварыць шлях або калідор, які можа злучыць два раней падзеленыя віды. Эфектыўнасць гэтага залежыць ад здольнасці асобных відаў да распаўсюджвання і адаптацыі да розных асяроддзяў для выкарыстання антрапагенных структур для міграцый. Змены клімату, выкліканыя чалавекам, з’яўляюцца яшчэ адным механізмам, з дапамогай якога жывёлы, якія жывуць на поўдні, могуць быць вымушаныя рухацца на поўнач да больш нізкіх тэмператур, дзе яны могуць уступіць у кантакт з іншымі папуляцыямі, якія раней не ўваходзілі ў іх арэал. Больш непасрэдны прыклад: вядома, што людзі ўводзяць немясцовыя віды ў новае асяроддзе, што можа прывесці да гібрыдызацыі падобных відаў.

Гэтая мадэль гарадскога спрыяння была праверана Л. Майлз і сааўтарамі на небяспечным для здароўя чалавека відзе, заходняй чорнай удаве (Latrodectus hesperus). Даследчыкі сабралі агульнагеномныя даныя аб варыяцыях адзінкавага нуклеатыднага палімарфізму ў гарадскіх і сельскіх папуляцыях павукоў і знайшлі доказы павелічэння патоку генаў у гарадскіх заходніх павукоў-чорных удоў у параўнанні з сельскімі папуляцыямі. Акрамя таго, геном гэтых павукоў быў больш падобны ў сельскай мясцовасці, чым у гарадской папуляцыі, што сведчыць пра павышаную разнастайнасць і, такім чынам, адаптацыю ў гарадскіх папуляцыях заходняй чорнай удавы. Фенатыпічна гарадскія павукі буйнейшыя, цямнейшыя і больш агрэсіўныя, што можа прывесці да большай выжывальнасці ў гарадскіх умовах. Гэтыя высновы дэманструюць падтрымку гарадскому спрыянню, паколькі гэтыя павукі насамрэч здольныя распаўсюджвацца і дыверсіфікавацца ў гарадскім асяроддзі хутчэй, чым у сельскай мясцовасці. Аднак гэта таксама з’яўляецца прыкладам таго, што гарадское спрыянне, нягледзячы на павелічэнне патоку генаў, не абавязкова прыносіць карысць навакольнаму асяроддзю, паколькі заходнія павукі-чорныя ўдовы маюць вельмі таксічны яд і, такім чынам, ствараюць небяспеку для здароўя чалавека.