3. Genetisk diversitet

Genetisk diversitet på Jorden

Genetisk diversitet er et mål for variationen af genetisk materiale mellem individer i en population, en art eller en gruppe af arter. Genetisk diversitet er det ene af de tre niveauer af biodiversitet, og det påvirker – og bliver påvirket af – både arts- og økosystemdiversitetDet store spørgsmål om, hvad der definerer biologisk variationDet store spørgsmål om, hvad der definerer biologisk variation og fordelingen af liv på JordenLæs mere. For at få en forståelse af biodiversitet som helhed – inklusiv biodiversitetens samspil med biologiske discipliner som evolution og populationsbiologi – skal alle de tre niveauer forstås. Her lægger vi ud med at forstå genetisk diversitet, så det kan medvirke til at besvare det store spørgsmål om, hvad der definerer biologisk variation og fordelingen af liv på Jorden.

Høj genetisk diversitet

Høj genetisk diversitet, som særligt findes i troperne, er oftest en fordel, fordi det hjælper populationer med at tilpasse sig optimalt til deres levesteder og til at øge deres modstandsdygtighed over for forandringer. Forandringer – og hvornår en art oplever en forandring som utilsigtet – er dog relativt. I tempererede egne, hvor sæsonvariation i løbet af et år er stor, er lokale arter vant til store temperatursvingninger i løbet af et år. I troperne, hvor temperatur og nedbør omvendt er mere eller mindre konstante i løbet af et år, vil arter have sværere ved at omstille sig til pludselige omvæltninger – til gengæld er de optimalt tilpassede til deres stabile levesteder.¨

Lav genetisk diversitet

Lav genetisk diversitet øge risikoen for indavl, og gøre en art særligt følsom overfor pludselige ændringer i deres miljø – ændringer som fremkomsten af nye sygdomme, ændringer i klimaet eller menneskelig aktivitet. Samspillet mellem den genetiske sammensætning i individerændringer som fremkomsten af nye sygdomme, ændringer i klimaetændringer som fremkomsten af nye sygdomme, ændringer i klimaet eller menneskelig aktivitetLæs mere, populationerPopulationer, arter og deres omkringliggende økosystemer er kerPopulationer, arter og deres omkringliggende økosystemer er kernen i denne faglige fortællingLæs mere, arter og deres omkringliggende økosystemer er kernen i denne faglige fortælling.

Hvad er genetisk diversitet?

Genetisk diversitet er variationen i genetisk materiale – alleler og genotyper – på tværs af individer i en gruppering. Genetisk diversitet kan måles på forskellige niveauer, for eksempel for en population, en art eller en gruppe af arter (for eksempel en metapopulation – se forklaring nedenfor).

Isolation og modstandsdygtighed

Typisk observeres en relativ lav genetisk diversitet hos små, isolerede populationer. Det skyldes både det helt generelle faktum, at færre individer i en population resulterer i mindre genetisk forskellighed – og så skyldes det et stort selektionstryk fra miljøet. Hvis en bestand lever et sted, hvor der er stort selektionstryk for en bestemt geno- og fænotype, så vil det være en fordel for individerne at være genetisk optimerede til netop dét miljø. En kontinuerlig genetisk optimering til det samme miljø vil skabe genetisk homogenitet i en population – en optimal udvikling, om end resulterende i lav modstandsdygtighed overfor uventede ændringer i miljøet.

Hvilke processer påvirker genetisk variation?

En populations genetiske diversitet ændrer sig i tid og rum. Det er en udvikling som er dynamisk og altid i bevægelse. En lang række processer – for eksempel genflow, genetisk drift eller mutationer – er med til at påvirke populationers genetiske diversitet over tid.

Fælles for disse processer er, at de kan igangsættes af udefrakommende forstyrrelser. Det kan være naturlige, tilfældige hændelser – for eksempel et vulkanudbrud eller spredningen af en nyopstået sygdom – eller det kan være menneskeskabte hændelser – for eksempel dræning af vådområder eller ny bebyggelse.

Uanset hvordan processerne igangsættes, kan de have afgørende effekter på populationer, arter og deres genetiske sammensætning – og på den samlede mangfoldighed og fordeling af liv på Jorden. Nedenfor kan du læse mere om de primære processer, som kan påvirke en populations genetiske diversitet.

Genflow, migration og isolation

Genflow er bevægelsen af genetisk materiale mellem to populationer, typisk af samme art eller nært beslægtede hybrider. Helt konkret foregår flytningen af det genetiske materiale, når to populationer er geografisk placeret således, at de kan migrere mellem hinandens leveområder, og dermed reproducere med hinanden.

Når reproduktion og genflow foregår mellem to forskellige arter kaldes det hybridisering – et individ, som fødes som følge af hybridisering, kaldes en hybrid.

Genflow nedsætter genetisk diversitet mellem to reproducerende populationer, fordi den gradvise blanding af arvemateriale mellem dem forårsager, at de genetisk vil ligne hinanden mere over tid. Genetisk diversitet internt i en enkelt population kan derimod stige, når nyt genetisk materiale introduceres fra en population udefra.

Migrationens og isolationens rolle i genflow

Populationers mulighed for migration – bevægelse mellem hinanden – spiller selvsagt en stor rolle i potentialet for genflow. Er to populationer geografisk isoleret fra hinanden, så kan de naturligvis ikke reproducere, og så opstår der ikke genflow imellem dem.

Hvilke metoder bruges til undersøgelser af genetisk variation?

Vi benytter os overordnet af den samme arbejdsstruktur, når vi forsker i og undersøger genetisk variation på Jorden:

1. Indsamling af biologiske prøver; for eksempel hår, væv eller krops- og plantevæsker, enten fra feltarbejde i naturen eller ældre prøver fra naturhistoriske samlinger – og ofte begge dele.

2. Formulering af matematik; enten formler til simple udregninger eller komplekse matematiske modeller, som kan bruges til at ekstrahere og udregne information fra de indsamlede prøver.

3. Anvendelse af stærk computerkraft; for at anvende de matematiske modeller på data fra de indsamlede prøver – her holder vi beregninger og modeller op mod den virkelige verden.

4. Et statistisk output; for at estimere sandsynligheden for, at de matematiske forudsigelserne er korrekte – inden for biologiens og forudsigelsens verden vil der altid være en usikkerhed.

Hvad kan undersøgelser af genetisk variation bruges til?

Prøver, som indsamles direkte fra naturen, kan bruges til at sige noget om, hvordan den genetiske variation i en population ser ud i det øjeblik, hvor prøven blev taget. Skal vi derimod forstå, hvordan den genetiske variation så ud tidligere i klodens historie, så kortlægger vi genetikken i prøver fra naturhistoriske samlinger. Kobles informationen fra en nutidig og en historisk prøve sammen, så kan udviklingen i genetisk variation gennem tid og rum for den pågældende art kortlægges – og vi kan dermed forudsige, hvordan artens genetiske variation fortsat vil udvikle sig i fremtiden. Går vi endnu et skridt videre, og kobler denne data på geografisk information om hvorhenne på kloden, den genetiske variation er observeret, så kan vi danne et mere klart billede af, hvordan genetisk diversitet varierer fra område til område. Genetisk diversitet skal altså forstås både i tid og i rum.

Anvendelse i bevaringsindsatser

Den information, som forskning i genetisk diversitet giver os, bruges til mange forskellige ting. Vi kan bruge genetisk data til at undersøge, hvordan forskellige populationer og arter klarer sig – og til at forudsige, hvordan de vil klare sig fremadrettet. Den information er værdifuld, når vi skal beskytte truede dyrearter, og for at bevare arter, som på nuværende tidspunkt ikke er truede. Information opdelt i populations-niveau er også værdifuld her, og bruges for eksempel inden for fiskerilovgivningen, når der skal fastsættes fiskekvoter for forskellige populationer af fisk. Fiskenes antal og tilstand – som til en vis grad kan estimeres ud fra deres genetiske diversitet – er nemlig forskellig fra population til population, og dermed fra et geografisk område til et andet.

Effekter af menneskeligt pres

Vi bruger også informationen til at undersøge og forudsige, hvordan forskellige populationer kan reagere på det pres, som den menneskelige civilisation udøver på naturen i dag. Prøver, som er flere tusinder år gamle – fra naturhistoriske samlinger eller iskerner fra Arktis – kan hjælpe os med at etablere en baseline, en fundamental forståelse for diversiteten i fortiden, som vi kan bruge som reference til at forstå den tid, vi er på vej ind i nu.

Det store spørgsmål

Slutteligt er undersøgelserne med til at give os svar på de helt store naturvidenskabelige spørgsmål; hvordan virker evolutionære processer, helt ned i de mindste detaljer, og hvordan er de processer med til at forme livet på Jorden?

Som det tidligere er blevet nævnt, kan det genetiske perspektiv ikke separeres fra spørgsmål om klodens biodiversitet. Genetiske faktorer spiller store roller i populationers demografiske udvikling – deres overlevelses- og reproduktionsrater og deres risici for uddøen – og det kan og bør ikke ignoreres. Overses genetisk diversitet, når det kommer til spørgsmål om bevarelse af biodiversitet, så risikerer vi at træffe sub-optimale beslutninger, og de kan have store konsekvenser.