right|thumb|upright=1.5| Protok gena je prijenos alela iz jedne populacije u drugu putem imigracije jedinki. U populacijskoj genetici, genski tok (također poznat kao genska migracija i tok alela) je prijenos genetičkog materijala iz jedne populacije u drugu. Ako je brzina protoka gena dovoljno visoka, tada će dvije populacije imati ekvivalentne frekvencije alela i stoga se mogu smatrati jednom efektivnom populacijom. Pokazalo se da je potreban samo "jedan migrant po generaciji" da bi se spriječilo divergencija populacija zbog genetičkog drifta. Populacije se mogu razdvojiti zbog selekcije čak i kada razmjenjuju alele, ako je selekcijski pritisak dovoljno jak. Genski tok je važan mehanizam za prenos genetičke raznolikosti među populacijama. Migranti mijenjaju distribuciju genetičke raznolikosti među populacijama modificiranjem frekvencija alela (udio članova koji nose određenu varijantu gena). Visoke stope genskog toka mogu smanjiti genetičku diferencijaciju između dvije grupe, povećavajući homogenost. Smatra se da genski tok ograničava specijaciju i sprječava širenje područja rasprostranjenosti kombiniranjem genskih fondova grupa, čime se sprječava razvoj razlika u genetičkim varijacijama koje bi dovele do diferencijacije i adaptacija iz ovog razloga. U nekim slučajevima, širenje koje rezultira genskim tokom može također rezultirati dodavanjem novih genetičkih varijanti pod pozitivnom selekcijom u genski fond vrste ili populacije (adaptivna introgresija).) Postoji niz faktora koji utiču na brzinu genskog toka između različitih populacija. Očekuje se da će protok gena biti niži kod vrsta koje imaju nisku disperziju ili mobilnost, koje se javljaju u fragmentiranim staništima, gdje postoje velike udaljenosti između populacija i kada su populacije male veličine. Mobilnost ima važnu ulogu u brzini širenja, jer visoko pokretne jedinke imaju tendenciju da imaju veće izglede za kretanje. Iako se smatra da su životinje pokretljivije od biljaka, polen i sjemenke mogu se prenositi na velike udaljenosti životinjama, vodom ili vjetrom. Kada je genski tok ometan, može doći do povećanja inbridinga, mjerenog koeficijentom inbridinga (F) unutar populacije. Naprimjer, mnoge otočne populacije imaju niske stope protoka gena, zbog geografske izolacije i male veličine populacije. Crnonogi kameni valabi ima nekoliko inbriding populacija koje žive na raznim otocima uz obalu Australije. Populacija je toliko snažno izolirana da je nedostatak genskog toka doveo do visokih stopa inbridinga.
Mjerenje genskog toka Nivo protoka gena među populacijama može se procijeniti posmatranjem širenja jedinki i bilježenjem njihovog reproduktivnog uspjeha. Ova direktna metoda je pogodna samo za neke vrste organizama; češće se koriste indirektne metode koje zaključuju o toku gena poređenjem frekvencija alela među uzorcima populacije. Što su dvije populacije genetički diferenciranije, to je niža procjena genskog toka, jer protok gena ima homogenizirajući učinak. Izolacija populacija dovodi do divergencije zbog drifta, dok migracija smanjuje divergenciju. Genski tok može se mjeriti korištenjem efektivne veličine populacije () i neto stope migracije po generaciji (m). Koristeći aproksimaciju zasnovanu na Island modelu, učinak migracije može se izračunati za populaciju u smislu stepena genetičke diferencijacije (). Ova formula objašnjava proporciju ukupne varijacije molekularnih markera među populacijama, usrednjene po lokusima.Rogers, D. L., & Montalvo, A. M. (2004). Genetically appropriate choices for plant materials to maintain biological diversity. University of California. Report to the USDA Forest Service, Rocky Mountain Region, Lakewood, CO. www. f s I ed. u s/ r, 2. Kada postoji jedan migrant po generaciji, je jednako 0,2. Međutim, kada postoji manje od jednog migranta po generaciji (nema migracije), koeficijent inbridinga brzo raste, što rezultira fiksacijom i potpunom divergencijom.( = 1). Najčešći = 1/(4N_em +1)</math>
Formula se može modificirati da bi se izračunala brzina migracije kada je poznat: , Nm = broj migranata.
Prepreke genskom toku
Alopatrijska specijacija thumb|Primjeri specijacije koja utiče na genski tok Kada je genski tok blokiran fizičkim barijerama, rezultat je alopatrijska specijacija ili geografska izolacija, koja ne dozvoljava populacijama iste vrste da razmjenjuju genetički materijal. Fizičke barijere protoku gena su obično prirodne. Primjeri uključuju neprohodne planinske lance, okeane ili prostrane pustinje. Međutim, u nekim slučajevima, one mogu biti napravljene ljudskim djelovanjem, poput Kineskog zida, koji je ometao protok gena autohtonih biljnih populacija. Jedna od ovih autohtonih biljaka, Ulmus pumila, pokazala je nižu prevalenciju genetičke diferencijacije od biljaka Vitex negundo, Ziziphus jujuba, Heteropappus hispidus i Prunus armeniaca čije se stanište nalazi na suprotnoj strani Kineskog zida gdje raste Ulmus pumila.
Simpatrička specijacija
Barijere genskom toku ne moraju uvijek biti fizičke. Simpatrička specijacija se događa kada se nove vrste od istih predačkih vrsta pojave duž istog područja. To je često rezultat reproduktivne barijere. Naprimjer, utvrđeno je da dvije vrste palmi Howea pronađene na ostrvu Lord Howe imaju znatno različita vremena cvjetanja povezana s preferencijama tla, što rezultira reproduktivnom barijerom koja inhibira tok gena. Vrste mogu živjeti u istom okruženju, ali ipak pokazivati vrlo ograničen genski tok zbog reproduktivnih barijera, fragmentacije, specijaliziranih oprašivača ili ograničene hibridizacije ili hibridizacije koja daje nepodobne hibride. Kriptična vrsta je ona koju ljudi ne mogu razlikovati bez upotrebe genetike. Štaviše, genski tok između hibridnih i divljih populacija može rezultirati gubitkom genetičke raznolikosti putem genetičkog zagađenja, asortativnog parenja i autbridinga. U ljudskim populacijama, genetička diferencijacija može također biti rezultat endogamije, zbog razlika u kasti, etničkoj pripadnosti, običajima i religiji.
Genski tok potpomognut čovjekom
Genetičko spašavanje Genski tok se također može koristiti za pomoć vrstama kojima prijeti izumiranje. Kada vrsta postoji u malim populacijama, postoji povećan rizik od inbridinga i veća podložnost gubitku raznolikosti zbog drifta. Ove populacije mogu imati velike koristi od uvođenja nesrodnih jedinki koje mogu povećati raznolikost i smanjiti veličinu uticaja inbridinga, te potencijalno povećati veličinu populacije. Ovo je demonstrirano u laboratoriji s dva soja Drosophila melanogaster s uskim grlom, kod kojih su križanja između dvije populacije poništila efekte inbridinga i dovela do većih šansi za preživljavanje ne samo u jednoj generaciji već u dvije.
Potpomognuti genski tok Slično genetičkom spašavanju, potpomognuti genski tok je strategija upravljanja koja se može koristiti za očuvanje ugroženih vrsta, simuliranjem prirodnih procesa protoka gena. Premještanjem jedinki ili gameta između populacija unutar postojećeg područja rasprostranjenosti vrste, potpomognuti protok gena može pomoći u ublažavanju efekata klimatskih promjena olakšavanjem prilagođavanja projektovanim lokalnim klimatskim uslovima. Potpomognuti genski tok može uvesti genotipove koji su prethodno prilagođeni željenim klimatskim uslovima ili povećati učestalost postojećih genotipova prilagođenih klimi, povećavajući ukupnu genetičku sposobnost populacija koje se suočavaju s brzim klimatskim promjenama. Iako se strategija može koristiti za spašavanje vrsta koje se suočavaju s problemima smanjenja populacije, njena primjena je relevantna za bilo koju vrstu čije će stanište pretrpjeti značajne promjene u okolišu.
Genetičko zagađenje
Ljudske aktivnosti poput kretanja vrsta i modifikacije krajolika mogu rezultirati genetičim zagađenjem, hibridizacijom, introgresijom i genetičkim preplavljivanjem. Ovi procesi mogu dovesti do homogenizacije ili zamjene lokalnih genotipova kao rezultat numeričke i/ili prednosti unesene biljke ili životinje u pogledu sposobnosti prilagođavanja. Alohtone vrste mogu ugroziti autohtone biljke i životinje izumiranjem, hibridizacijom i introgresijom, bilo namjernim uvođenjem od strane ljudi ili modifikacijom staništa, dovodeći prethodno izolirane vrste u kontakt. Ove pojave mogu biti posebno štetne za rijetke vrste koje dolaze u kontakt s obilnijim, što se može dogoditi između otočnih i kopnenih vrsta. Križanje između vrsta može uzrokovati 'preplavljivanje' genskog fonda rjeđih vrsta, stvarajući hibride koji zamjenjuju autohtone vrste. Ovo je direktan rezultat evolucijskih sila poput prirodne selekcije, kao i genetičkog drifta, koji dovode do sve veće prevalencije povoljnih osobina i homogenizacije. Obim ove pojave nije uvijek očigledan samo iz vanjskog izgleda. Dok se određeni stepen protoka gena javlja tokom normalne evolucije, hibridizacija sa ili bez introgresije može ugroziti opstanak rijetke vrste. Na primjer, divlja patka Mallard je brojna vrsta patke koja se lahko križa sa širokim spektrom drugih pataka i predstavlja prijetnju integritetu nekih vrsta.
Urbanizacija Postoje dva glavna modela o tome kako urbanizacija utiče na genski tok urbanih populacija. Prvi je kroz fragmentaciju staništa, također nazvanu urbana fragmentacija, u kojoj promjene u pejzažu koje narušavaju ili fragmentiraju stanište smanjuju genetilčku raznolikost. Drugi se naziva model urbane facilitacije i sugerira da je u nekim populacijama genski tok omogućen antropogenim promjenama u krajoliku. Urbana facilitacija protoka gena povezuje populacije, smanjuje izolaciju i povećava genski tok u područje koje inače ne bi imalo ovaj specifični sastav genoma.
Urbano olakšavanje može se dogoditi na mnogo različitih načina, ali većina mehanizama uključuje dovođenje prethodno razdvojenih vrsta u kontakt, direktno ili indirektno. Promjena staništa urbanizacijom uzrokovat će fragmentaciju staništa, ali bi također mogla potencijalno poremetiti barijere i stvoriti put ili koridor, koji može povezati dvije ranije razdvojene vrste. Učinkovitost ovoga ovisi o sposobnosti širenja pojedinačnih vrsta i njihovoj prilagodljivosti različitim okruženjima kako bi koristile antropogene strukture za putovanje. Klimatske promjene uzrokovane ljudskim djelovanjem su još jedan mehanizam kojim životinje koje žive na jugu mogu biti prisiljene seliti se na sjever, prema nižim temperaturama, gdje bi mogle doći u kontakt s drugim populacijama koje ranije nisu bile u njihovom području rasprostranjenosti. Direktnije, poznato je da ljudi uvode strane vrste u nova okruženja, što bi moglo dovesti do hibridizacije sličnih vrsta.
Ovaj model urbane facilitacije testiran je na štetočini ljudskog zdravlja, zapadnom crnom udovičkom pauku (Latrodectus hesperus). Studija koju su proveli Miles i saradnici prikupila je podatke o varijacijama cijelog genoma jednonukleotidni polimorfizam u urbanim i ruralnim populacijama pauka i pronašla dokaze o povećanom genskom toku kod urbanih zapadnih crnohudovičkih pauka u poređenju sa ruralnim populacijama. Osim toga, genom ovih pauka bio je sličniji u ruralnim, nego u urbanim populacijama, što ukazuje na povećanu raznolikost, a samim tim i adaptaciju, u urbanim populacijama zapadnog crnog hudovičkog pauka. Fenotipski, urbani pauci su veći, tamniji i agresivniji, što bi moglo dovesti do povećanog preživljavanja u urbanim okruženjima. Ovi nalazi pokazuju podršku urbanoj facilitaciji, jer se ovi pauci zapravo mogu brže širiti i diverzificirati u urbanim okruženjima nego što bi to učinili u ruralnom. Međutim, to je također primjer kako urbana facilitacija, uprkos povećanju genskog toka, nije nužno korisna za okoliš, jer zapadni crni hudovički pauci imaju vrlo toksičan otrov i stoga predstavljaju rizik za ljudsko zdravlje.