luonnonvalinnan vuoksi erilaiset alleelit antavat todennäköisemmin selviytymisedun erilaisissa ympäristöissä. Tartuntatautien esiintyvyyden ja virulenssin syklit heijastavat usein luonnonvalintaa.
tasapainoinen polymorfismi
jos luonnonvalinta poistaa populaatiosta yksilöitä, joilla on haitallisia fenotyyppejä, miksi haitalliset mutanttialleelit säilyvät geenipoolissa? Tauti voi jäädä vallitsevaksi, kun heterotsygooteilla on jokin muu etu verrattuna yksilöihin, joilla on kaksi villin tyypin alleelin kopiota. Kun kantajilla on etuja, jotka mahdollistavat haitallisen alleelin säilymisen populaatiossa, on kyseessä tasapainoinen polymorfismi. Tämä polymorfismin muoto sisältää usein heterotsygoottisuuden perinnölliseen sairauteen, joka suojaa tarttuvalta sairaudelta. Esimerkit ovat kiehtovia.
sirppisolusairaus
sirppisolusairaus on autosomissa resessiivisesti periytyvä sairaus, joka aiheuttaa anemiaa, nivelkipuja, pernan turvotusta ja usein esiintyviä vakavia infektioita. Se kuvaa tasapainoista polymorfismia, koska kantajat ovat vastustuskykyisiä malarialle, Plasmodium falciparum-loisen aiheuttamalle infektiolle, joka aiheuttaa vilunväristyksiä ja kuumetta. Loinen viettää elinkaarensa ensimmäisen vaiheen hyttysen Anopheles gambiae sylkirauhasissa. Kun tartunnan saanut hyttynen puree ihmistä, malarialoinen siirtyy punasoluihin, jotka kuljettavat sen maksaan. Punasolut puhkeavat vapauttaen loisen koko kehoon.
vuonna 1949 Brittiläinen geneetikko Anthony Allison havaitsi, että sirppisolukantajien esiintymistiheys trooppisessa Afrikassa oli korkeampi alueilla, joilla malaria riehui ympäri vuoden. Malariaan sairastuneilta lapsilta otetuissa verikokeissa havaittiin, että lähes kaikki olivat homotsygootteja villille sirppisolualleelityypille. Lievimpiä malariatapauksia oli harvoilla sirppisolukantajilla. Valitsiko malaria jotenkin sirppisolualleelin kaatamalla ihmisiä, jotka eivät sitä perineet? Se, että sirppisolusairaus on huomattavasti harvinaisempi Yhdysvalloissa, jossa malaria on harvinainen, tukee ajatusta, että sirppisolun heterotsygoottisuus antaa suojaavan vaikutuksen.
lisätodiste sirppisolukantajan edusta malarian riivaamassa ympäristössä on se, että sirppisolutaudin yleistyminen rinnastuu viljelykasveihin, jotka tarjoavat kasvualustan Anopheles-hyttysille. Noin vuonna 1000 EKR malaijilais-polynesialaiset merimiehet Kaakkois-Aasiasta matkustivat kanooteilla Itä-Afrikkaan ja toivat mukanaan uusia banaanisatoja, jamssia, Taroa ja kookospähkinöitä. Kun viidakko raivattiin näiden kasvien viljelyä varten, avoin tila tarjosi kasvualustan hyttysille. Hyönteiset puolestaan tarjosivat elinympäristön osalle malarialoisen elinkaaresta.
sirppisolugeeni on saattanut kulkeutua Afrikkaan Etelä-Arabiasta ja Intiasta muuttaneiden ihmisten mukana, tai se on voinut syntyä mutaation seurauksena suoraan Itä-Afrikassa. Kävi kuitenkin niin, että ihmisillä, jotka perivät yhden sirppisolualleelin kopion, oli punasolukalvoja, jotka eivät hyväksyneet loista. Kantajilla oli enemmän lapsia ja he välittivät suojaavan alleelin noin puolelle heistä. Vähitellen sirppisolualleelin esiintymistiheys nousi Itä-Afrikassa 0,1 prosentista huikeaan 45 prosenttiin kolmessakymmenessä viidessä sukupolvessa. Kantajat maksoivat tämän geneettisen suojan hinnan aina, kun kaksi synnytti lapsen, jolla oli sirppisolusairaus.
sykli asetettu. Siirtokunnat, joissa oli paljon sirppisolukantajia, säästyivät heikentävältä malarialta. Siksi ne olivat tarpeeksi vahvoja raivaamaan vielä lisää maata ravinnoksi – ja tukemaan tauteja kantavia hyttysiä. Vielä nykyäänkin sirppisolutauti on maatalousyhteiskunnissa yleisempi kuin niillä ihmisillä, jotka metsästävät ja keräävät ravintonsa.
glukoosi-6-fosfaattidehydrogenaasin puutos
G6PD-puutos on sukupuolisidonnainen entsyymin puutos, jota sairastaa maailmanlaajuisesti 400 miljoonaa ihmistä. Se aiheuttaa hengenvaarallista hemolyyttistä anemiaa,jossa punasolut puhkeavat. Se kehittyy kuitenkin vain tietyissä olosuhteissa – syömällä fava-papuja, hengittämällä tietyntyyppistä siitepölyä, nauttimalla tiettyjä lääkkeitä tai saamalla tiettyjä infektioita. Vaikeaa malariaa sairastavilla afrikkalaislapsilla tehdyt tutkimukset osoittavat, että heterotsygoottiset naaraat ja G6PD-puutoksen hemizygoottiset urokset ovat aliedustettuina. Tämä viittaa siihen, että entsyymin puutosgeenin periminen jotenkin suojaa malariaa vastaan.
se, että G6PD-puutos on sukupuolisidonnainen, tuo mukanaan mahdollisuuden, jota emme näe autosomaalisesti resessiivisesti periytyvässä sirppisolusairaudessa. Koska sekä heterotsygootit että hemizygootit on valittu, mutanttialleelin pitäisi lopulta vallita malarialle altistuneessa populaatiossa. Näin ei kuitenkaan tapahdu – villityypin alleelille on edelleen koiraita hemizygootteja ja naaraita homotsygootteja. Syy liittyy jälleen luonnonvalintaan. Ihmiset, joilla on entsyymin puutos-hemizygous urokset ja homotsygootti naaraat-valitaan pois väestöstä anemia. Siksi luonnonvalinta vaikuttaa hemizygeihin uroksiin kahteen suuntaan: se valitsee mutanttialleelin, koska se suojaa malariatartunnalta, mutta valikoituu sitä vastaan entsyymin puutoksen vuoksi. Tämä on tasapainoisen polymorfismin ydin.
PKU
Fenyyliketnonuria on synnynnäinen metaboliavirhe, jossa puuttuva entsyymi aiheuttaa fenyylialaniini-aminohapon kertymisen, millä on tuhoisia vaikutuksia hermostoon, ellei henkilö noudata rajoittavaa ruokavaliota. Tämän autosomaalisen resessiivisen tilan kantajilla on kohonneet fenyylialaniinitasot – tasot, jotka eivät ole riittävän korkeita aiheuttaakseen oireita, mutta jotka ovat riittävän korkeita, jotta niillä voi olla suojaava vaikutus raskauden aikana. Lääkärit ovat havainneet, että naisilla, jotka ovat PKU-kantajia, on paljon vähemmän keskenmenoja kuin keskimäärin. Erään teorian mukaan liika fenyylialaniini jotenkin inaktivoi eräiden sienten tuottaman okratoksiini A-nimisen myrkyn, jonka tiedetään aiheuttavan spontaaneja abortteja.
historia osoittaa, että PKU: n heterotsygoottisuus liittyy sienimyrkyltä suojautumiseen. PKU on yleisintä Irlannissa ja Länsi-Skotlannissa, ja monet muualla asuvat perheet jäljittävät juurensa tähän osaan maailmaa. Jos PKU-kantajilla olisi PKU-geenin suojaavien vaikutusten vuoksi todennäköisimmin lapsia kuin ei-kantajilla, ajan myötä tautia aiheuttava alleeli kasvattaisi populaatiota.
Tay-Sachsin tautia
kantava Tay-Sachsin tauti voi suojata tuberkuloosilta. Aškenazim-populaatioissa jopa 11 prosenttia ihmisistä on Tay-Sachsin kantajia. Toisen maailmansodan aikana tuberkuloosi riehui Itä-Euroopan Juutalaissiirtokunnissa. Usein Tay-Sachsin tautia sairastavien lasten terveet sukulaiset eivät altistuneet tuberkuloosille edes toistuvasti. Tay-Sachsin taudin heterotsygoottisuuden ilmeisesti tarjoama suoja tuberkuloosia vastaan säilyi juutalaisten keskuudessa, koska heitä estettiin poistumasta ghetoista. Mutanttialleelin esiintymistiheys kasvoi, kun tuberkuloosi kaatoi valikoivasti niitä, jotka eivät sitä kantaneet, ja kantajilla oli lapsia keskenään. Geneettinen ajautuminen saattoi myös auttaa eristämään Tay-Sachs-alleelin sattumalta holokaustista selvinneiden ryhmistä. Ei tiedetä tarkasti, kuinka matalat geenituotteen, heksoseaminidaasi a-nimisen entsyymin, pitoisuudet suojaavat TUBERKULOOSILTA.
kystinen fibroosi
tasapainoinen polymorfismi voi selittää, miksi kystinen fibroosi on niin yleinen – CF: n taustalla oleva anatominen vika suojaa ripulitaudeilta, kuten koleralta.
koleraepidemiat ovat jättäneet jälkensä ihmispopulaatioihin aiheuttaen laajoja kuolemia vain muutamassa päivässä. Kesällä 1831 epidemia tappoi 10 prosenttia St. Louisin väestöstä, ja vuonna 1991 epidemia pyyhkäisi Perun yli. Kolerabakteeri aiheuttaa ripulia, joka kuivattaa elimistöä nopeasti ja voi johtaa sokkiin sekä munuaisten ja sydämen vajaatoimintaan. Bakteeri tuottaa toksiinia, joka avaa kloridikanavia ohutsuolessa. Kun suola (NaCl) lähtee soluista, seuraa vesi, luonnollisessa kemiallisessa taipumuksessa laimentaa suolaa. Suolisoluista ulos syöksyvä vesi lähtee elimistöstä ripulina.
vuonna 1989, kun geneetikot tunnistivat CF-geenin ja kuvailivat sen proteiinituotetta kloridikanavan säätelijäksi eräissä erityssoluissa, syntyi mahdollinen selitys perinnöllisen häiriön yleisyydelle. Kolera avaa kloridikanavia, jolloin kloridi ja vesi lähtevät soluista. CFTR-proteiini tekee juuri päinvastoin: se sulkee kloridikanavat ja vangitsee soluihin suolaa ja vettä, mikä kuivattaa limaa ja muita eritteitä. CF: ää sairastava henkilö ei voi saada koleraa, koska myrkky ei pysty avaamaan ohutsuolen kloridikanavia.
CF: n kantajilla on tasapainoisen polymorfismin siunaus. Heillä ei ole tarpeeksi epänormaaleja kloridikanavia aiheuttamaan raskasta hengitystä ja kystisen fibroosin tukkeutunutta haimaa, mutta heillä on riittävästi vikaa estääkseen koleran tarttumisen. Historian tuhoisien koleraepidemioiden aikana mutanttiff-alleeleita kantavilla yksilöillä oli valikoiva etu, ja ne välittivät alleelit suhteettoman paljon tuleville sukupolville. Mutta koska CF syntyi Länsi-Euroopassa ja kolera Afrikassa, ehkä CF herterotsygoottisuuden lisääntyminen oli vastaus erilaiseen ripulitautiin.