遺伝的負荷

突然変異と選択のバランスに関するハルデイン・ミュラーの定理によれば、負荷は全ゲノムの有害突然変異率のみに依存する。${\displaystyle U}$選択係数 ではなく^{[ 6 ]}。具体的には、適応度1の理想的な遺伝子型と比較して、平均集団適応度は${\displaystyle e^{-U}}$選択係数に依存しないことの直感的な説明としては、より強い影響を及ぼす突然変異は世代ごとに大きな害をもたらすが、その害が感じられる世代数は少なくなるということである。

${\displaystyle U>1}$ほとんどの脊椎動物において^{[ 7 ]}大きな突然変異負荷を示唆している。${\displaystyle U}$は${\displaystyle U=2\mu G_{del}P_{del}}$どこ${\displaystyle \mu }$は塩基あたりの突然変異率であり、${\displaystyle G_{del}}$は、有害な突然変異が発生する可能性のあるゲノム二倍体部位の数であり、${\displaystyle P_{del}}$は、${\displaystyle G_{del}}$有害なもの。このアプローチに従って、人間は${\displaystyle U>2.2}$^{[ 8 ]}この方法は多くの有害な突然変異源を無視していることを考えると^{[ 9 ]}一部の研究者は、ヒト${\displaystyle U}$最大で10 ^{[ 10 ] [ 11 ]}になる可能性がある。

ハルデーン・ミュラーのe ^-U式を適用すると、複製ごとに 5 つの新しい有害突然変異がある場合、集団の平均適応度は非常に低くなり、たとえば分離する有害突然変異がない場合と比較して 0.007 になると予測されます。しかし、参照ケースは非現実的です。分離する有害突然変異のない個体は存在しません。「ソフトセレクション」^{[ 12 ]}は、集団内の他の個体と比較した競争能力を表します。これは、競争相手の適応度に関係なく、適応度の低い遺伝子型が死んでいるか不妊であるハードセレクションとは対照的です。集団内に実際に存在する最良の個体と比較した平均適応度の低下ははるかに小さいです。^{[ 13 ]}

負のエピスタシスは、適応度のばらつきを有害突然変異の数のばらつきから予想されるよりも大きくすることで、有害突然変異の除去をより効率的にすることができます。^{[ 14 ] [ 15 ]}ソフトセレクション下での負のエピスタシスの最も極端な形態は、切断選択であり、たとえば、最も多くの有害突然変異を持つ個体の 10% が繁殖に失敗します。

人間一人あたり平均約400個の有害な突然変異を持っていると推定されている。^{[ 16 ]}

わずかに有害な突然変異は、突然変異と選択のバランスを保てず、選択係数が実効集団サイズで割った 1 未満の場合、遺伝的浮動によって固定される可能性がある。^{[ 17 ]}時間の経過とともに、固定された有害な突然変異の蓄積は、集団の適応度に深刻な影響を与える可能性がある。^{[ 18 ] [ 19 ]}無性生殖集団では、突然変異負荷の確率的蓄積はミュラーのラチェットと呼ばれ、最も適応した遺伝子型が失われた後、遺伝的組換えによって取り戻せない有益な突然変異がない場合に発生する。突然変異負荷の決定論的蓄積は、有害な突然変異率が複製ごとに 1 を超える場合に無性生殖で発生する。^{[ 20 ]}有性生殖種は、遺伝的負荷が低いと予想される。^{[ 21 ]}これは、有性生殖の進化上の利点に関する仮説の 1 つです。有性生殖集団における有害な突然変異の除去は、有害な突然変異間の相乗的エピスタシスによって促進されます。^{[ 22 ]}

高負荷は個体群サイズの減少につながり、それが突然変異負荷の蓄積を増加させ、突然変異崩壊による絶滅に至る。^{[ 23 ] [ 24 ]}

ヒトにおける有害な突然変異の蓄積は、ヘルマン・ジョセフ・ミュラー^{[ 25 ]} 、ジェームズ・F・クロウ^{[ 22} ] 、アレクセイ・コンドラショフ^{[ 26 ]}、WD・ハミルトン^{[ 27 ]}、マイケル・リンチ^{[ 28 ]}など、多くの遺伝学者の懸念^事項となっている。

遺伝的に十分な負荷がかかった集団では、新たな有益な突然変異によって、集団に以前存在していたものよりも適応度の高い遺伝子型が生み出される。負荷が、存在する最も適応度の高い遺伝子型と平均との差として計算される場合、これは置換負荷となる。理論上の最大値（実際には存在しない可能性がある）と平均との差は「遅延負荷」として知られている。^{[ 29 ]}木村元夫の分子進化の中立説に関する当初の主張は、種間の違いのほとんどが適応的であれば、これは置換負荷によって設定された適応の速度制限を超えるというものであった。^{[ 30 ]}しかし、木村の主張は遅延負荷と置換負荷を混同しており、実際には自然選択による進化の最大速度を設定するのは後者であるにもかかわらず、前者を使用していた。^{[ 31 ]}

より最近の「進行波」モデルでは、急速な適応において、置換負荷に相当する「リード」と呼ばれる項が導き出され、それが適応進化の速度の重要な決定要因であることがわかっています。^{[ 32 ] [ 33 ]}