zaterdag 8 januari 2011

Populatiegenetica simulator Red Lynx

Een manier om erachter te komen wat op genetisch gebied kan gebeuren met een populatie is door te simuleren met bepaalde parameters. Één zo'n programma heet Red Lynx, gemaakt door Reed Cartwright en is te vinden op het Panda'sThumb blog en deze site. Red Lynx is pas vernieuwd (ik ken de vorige versie niet) en het ziet er goed uit. Specifiek berekend Red Lynx de frequentie van 'allel A' in een populatie over generaties. Allel A is de versie van een gen waarbij de simulatie de frequentie wil berekenen. Na de sim is het resultaat een grafiek met op de X-as het aantal generaties en op de Y-as de populatiegrootte met allel A in procenten. Geen downloads, hij werkt lekker snel en gegevens invoeren gaat ook gemakkelijk.
Als er onderweg dingen onduidelijk worden, aarzel niet te vragen!

Waar je allemaal aan kunt rommelen:
- de populatiegrootte: van 10 tot 1.000.000 diploïde individuen.
- de frequentie van allel A in het begin: van 0 tot 100%.
- de kracht van natuurlijke selectie, het voordeel van genotype AA over aa: van -1 tot 1.
- de dominantie van allel A: van -1 (volledig recessief) tot 1 (volledig dominant).*
- de kans dat allel A muteert naar allel a: van 0 tot 0.01.
- de kans dat allel a muteert naar allel A: van 0 tot 0.01.
- aantal generaties dat de simulatie loopt: van 1 tot 10.000 generaties.
*Wanneer deze parameter op 1 staat is het hebben van het genotype Aa hetzelfde als het hebben van het genotype AA. Wanneer deze parameter op -1 staat, dan staat alleen het genotype AA onder invloed van natuurlijke selectie.

Als eerste wilde ik het effect testen van genetische drift (genetic drift). Het effect van genetische drift is sterker in een kleine populatie.

Dit stopte ik in de sim:
Populatiegrootte: 40
Frequentie van allel A: 50%
De selectie kracht: 0
Dominantie: 0 (semi dominant)
A->a mutatiesnelheid: 0
a->A mutatiesnelheid: 0
Aantal generaties: 200

Resultaat:
(40 individuen)

Het allel dat we volgen verspreid zich door toeval door de populatie. Met zo'n kleine populatie is de kans groot dat het allel of verdwijnt (0%) of dat het als enige allel over blijft (100%).

Daarna deed ik nog 2 sims met een populatiegrootte van respectievelijk 400 en 4.000 individuen (de rest bleef hetzelfde):

(400 individuen)

(4.000 individuen)

Daarna wilde ik het effect testen van natuurlijke selectie. Hoe snel een bepaald allel zich verspreid onder natuurlijke selectie wordt bepaald door hoeveel voordeel dat allel bied (in deze simulatie is dat de 3de parameter:  de selectie kracht). Het grappige is dat natuurlijke selectie beter werkt in een grote populatie dan in een kleine populatie. Als de populatie grootte en/of het voordeel van het allel te klein zijn, dan gedraagt het allel zich alsof het een neutraal effect heeft. Dat betekend dat je niet kan zien of natuurlijke selectie aan het werk is, of genetische drift (hetzelfde geldt voor te licht negatieve mutaties).

Dit stopte ik in de sim:
Populatiegrootte: 40
Frequentie van allel A: 50%
De selectie kracht: 0.003
Dominantie: 0 (semi dominant)
A->a mutatiesnelheid: 0
a->A mutatiesnelheid: 0
Aantal generaties: 200

(40 individuen)
Van de selectie kracht merk je niks, je zou hem net zo goed op 0 kunnen zetten. Hier gedraagt het allel zich alsof het geen effect heeft.

Daarna deed ik nog 3 sims met een populatiegrootte van respectievelijk 400, 4.000 en 40.000. Bij deze 3 sims ging het aantal generaties ook naar 1.000.

(400 individuen)

(4.000 individuen)

(40.000 individuen)

Des te groter de populaties worden, des te meer de aparte sims op elkaar gaan lijken (minder toeval, meer echte selectie). Hetzelfde effect gebeurt als de selectie kracht sterker wordt (hoger dan 0.003 dus).

Zoals ik al zei geldt hetzelfde voor licht negatieve mutaties:
Populatiegrootte: 40
Frequentie van allel A: 50%
De selectie kracht: -0.003
Dominantie: 0 (semi dominant)
A->a mutatiesnelheid: 0
a->A mutatiesnelheid: 0
Aantal generaties: 200

(40 individuen)
Ook hier lijkt de selectie kracht hetzelfde als bij de sims voor genetische drift (0).

Daarna deed ik nog 3 sims met een populatiegrootte van respectievelijk 400, 4.000 en 40.000. Bij deze drie sims ging het aantal generaties ook naar 1.000.

(400 individuen)

(4.000 individuen)

(40.000 individuen)

Ook hier zien we dat natuurlijke selectie beter werkt op negatieve allelen als de populatie groter is. Hetzelfde gebeurt als de negatieve invloed van het allel groter wordt (lager dan -0.003 selectie kracht).

Het is leuk om zelf te rommelen met deze sim, kijken hoelang het duurt voordat allel A fixeert in een bepaalde populatie bij een bepaalde selectie sterkte. Of om verschillende populatiegroottes met dezelfde selectie sterkte vergelijken. Er zijn ook nog 3 extra parameters waarmee ik in dit voorbeeld niks gedaan heb.

De sim geeft ook dingen tot nadenken over de natuur om ons heen, welke populaties op Aarde zijn nu zo klein dat natuurlijke selectie bijna geen effect heeft? Welke waren dat in het verleden?

Nogmaals de link naar de sim:
En hier de link naar een post op het blog met commentaar en vragen van andere gebruikers:

Dit bericht verscheen maandag 2 augustus 2010 om 0:42 uur op mijn Tree of Life VK-blog (link), dat blog is per 1 maart 2011 niet meer bereikbaar.

Geen opmerkingen:

Een reactie plaatsen