ความน่าจะเป็นและความถี่อัลลีล ของ การเปลี่ยนความถี่ยีนอย่างไม่เจาะจง

กลไกการเปลี่ยนความถี่ยีนอย่างไม่เจาะจงยังมีตัวอย่างง่าย ๆ อีกอย่างหนึ่งลองสมมุติว่ามีอาณานิคมแบคทีเรียขนาดใหญ่ที่อยู่โดด ๆ ในหยดสารละลายหยดหนึ่งแบคทีเรียทั้งหมดจะเหมือนกันทางพันธุกรรมทุกอย่างยกเว้นยีนเดียวที่มีอัลลีลสองแบบชื่อว่า และ ซึ่งเป็นอัลลีลกลาง ๆ คือจะไม่มีผลต่อการอยู่รอดและการสืบพันธุ์ของแบคทีเรียแบคทีเรียแต่ละตัวจะมีโอกาสอยู่รอดและสืบพันธุ์เท่ากันแบคทีเรียครึ่งหนึ่งมีอัลลีล และอีกครึ่งหนึ่ง ดังนั้น ทั้ง และ ต่างก็มีความถี่อัลลีลที่ 1/2

หยดสารละลายนี้จะค่อย ๆ แห้งจนเหลืออาหารพอเลี้ยงแบคทีเรียได้แค่ 4 ตัวโดยที่เหลือจะตายไปโดยไม่ได้สืบพันธุ์ในบรรดา 4 ตัวที่อยู่รอด มีการจัดหมู่อัลลีล และ ได้ 16 รูปแบบ คือ

(ก-ก-ก-ก), (ข-ก-ก-ก), (ก-ข-ก-ก), (ข-ข-ก-ก),
(ก-ก-ข-ก), (ข-ก-ข-ก), (ก-ข-ข-ก), (ข-ข-ข-ก),
(ก-ก-ก-ข), (ข-ก-ก-ข), (ก-ข-ก-ข), (ข-ข-ก-ข),
(ก-ก-ข-ข), (ข-ก-ข-ข), (ก-ข-ข-ข), (ข-ข-ข-ข)

เนื่องจากแบคทีเรียในสารละลายเบื้องต้นแต่ละตัวมีโอกาสรอดชีวิตเท่ากันเมื่อสารแห้งลง ดังนั้น ที่เหลือรอด 4 ตัวจึงเป็นตัวอย่างที่สุ่มจากอาณานิคมเบื้องต้นความน่าจะเป็นที่แบคทีเรีย 4 แต่ละตัวจะมีอัลลีลอันใดอันหนึ่งอยู่ที่ 1/2 และดังนั้น ความน่าจะเป็นที่การจัดหมู่รูปแบบหนึ่ง ๆ จะเกิดเมื่อสารแห้งลงก็คือ

1 2 ⋅ 1 2 ⋅ 1 2 ⋅ 1 2 = 1 16 {\displaystyle {\frac {1}{2}}\cdot {\frac {1}{2}}\cdot {\frac {1}{2}}\cdot {\frac {1}{2}}={\frac {1}{16}}}

(กลุ่มประชากรเบื้องต้นใหญ่จนกระทั่งว่าการชักตัวอย่างสามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องทดแทน ไม่เหมือนในตัวอย่างลูกหิน)กล่าวอีกอย่างก็คือ หมู่ 16 หมู่แต่ะละหมู่มีโอกาสเกิดเท่ากัน โดยมีความน่าจะเป็นที่ 1/16

ถ้านับหมู่ที่มีจำนวน และ เท่ากัน ก็จะได้ตารางต่อไปในี้

การจัดหมู่ ความน่าจะเป็น
4 0 1 1/16
3 1 4 4/16
2 2 6 6/16
1 3 4 4/16
0 4 1 1/16

ตามตาราง จำนวนการจัดหมู่ที่มีอัลลีล และ เท่ากันก็คือ 6 โดยมีความน่าจะเป็นที่ 6/16จำนวนการจัดหมู่อื่น ๆ ที่เป็นไปได้ก็คือ 10 และการมี ไม่เท่ากับ มีความน่าจะเป็นที่ 10/16ดังนั้น แม้อาณานิคมเบื้องต้นจะมีอัลลีล เท่ากับ โอกาสก็คือจำนวนอัลลีลแต่ละชนิด ๆ ของกลุ่มประชากรที่เหลือแค่ 4 จะไม่เท่ากันการเปลี่ยนความถี่ยีนได้เกิดขึ้นแล้วเพราะการชักตัวอย่างอัลลีลแบบสุ่มในตัวอย่างนี้ ประชากรได้ลดลงจนเหลือเพียงแค่ 4 ตัวโดยสุ่ม เป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า คอคอดประชากร (population bottleneck)

ความน่าจะเป็นของจำนวนก๊อปปี้ของอัลลีลหนึ่ง ไม่ว่าจะเป็น หรือ ที่รอดชีวิต (ตามคอลัมน์สุดท้ายในตาราง) สามารถคำนวณได้โดยตรงด้วย การแจกแจงแบบทวินาม (binomial distribution)คือความน่าจะเป็นว่า อัลลีลหนึ่ง ๆ จะมีจำนวน k ในหมู่ที่จัด จะอยู่ที่

( n k ) ( 1 2 ) k ( 1 − 1 2 ) n − k = ( n k ) ( 1 2 ) n {\displaystyle {n \choose k}\left({\frac {1}{2}}\right)^{k}\left(1-{\frac {1}{2}}\right)^{n-k}={n \choose k}\left({\frac {1}{2}}\right)^{n}\!}

โดยที่

( n k ) = n ! k ! ( n − k ) ! {\displaystyle {n \choose k}={\frac {n!}{k!(n-k)!}}}

ซึ่งในกรณีนี้ n=4 โดยเป็นจำนวนแบคทีเรียที่รอดชีวิต

ใกล้เคียง

การเปลี่ยนความถี่ยีนอย่างไม่เจาะจง การเปลี่ยนชื่อนครในประเทศอินเดีย การเปลี่ยนแปลงหลังการตาย การเปรียบเทียบยศทหารเกาหลี การเป็นพิษจากพาราเซตามอล การเปรียบเทียบวิธีคุมกำเนิด การเปลี่ยนผ่านสู่โทรทัศน์ระบบดิจิทัล การเปลี่ยนแปลงทางโครงกระดูกของมนุษย์เนื่องจากการเดินด้วยสองเท้า การเปลี่ยนสัณฐาน การเป็นพิษจากไซยาไนด์

แหล่งที่มา

WikiPedia: การเปลี่ยนความถี่ยีนอย่างไม่เจาะจง http://www.bookrags.com/research/population-bottle... http://www.sciencedaily.com/articles/g/gene.htm http://www.biology.arizona.edu/evolution/act/drift... http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/b... http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/s... http://www.radford.edu/~rsheehy/Gen_flash/popgen/ //lccn.loc.gov/00022673 //lccn.loc.gov/2001024077 //lccn.loc.gov/2002003560 //lccn.loc.gov/2003064888