Узкое место среди населения - Population bottleneck

Узкое место в популяции, за которым следует выздоровление или исчезновение

Эффект бутылочного горлышка или генетическое узкое место резкое уменьшение размера населения из - за экологических событий , таких , как голод, землетрясения, наводнения, пожары, болезни и засухи или деятельности человека , таких как specicide, повсеместного насилия или преднамеренного истребления, и человеческой популяции планирование . Такие события могут уменьшить изменчивость генофонда популяции; после того , меньшее население, с меньшим генетическим разнообразием , остается передать гены будущих поколений от потомства через половое размножение . Генетическое разнообразие остается низким, увеличиваясь только тогда, когда происходит поток генов из другой популяции, или очень медленно увеличивается со временем по мере возникновения случайных мутаций . Это приводит к снижению устойчивости населения и его способности адаптироваться и выживать в результате выбора изменений окружающей среды, таких как изменение климата или изменение имеющихся ресурсов. В качестве альтернативы, если выжившие в узком месте являются индивидуумами с наибольшей генетической приспособленностью , частота более подходящих генов в генофонде увеличивается, в то время как сам пул уменьшается.

Генетический дрейф , вызванный узким местом популяции может изменить пропорциональное случайное распределение аллелей и даже привести к потере аллелей . Шансы на инбридинг и генетическую однородность могут увеличиваться, что может привести к инбридиновой депрессии . Меньший размер популяции также может вызывать накопление вредных мутаций.

Ограничения популяции играют важную роль в природоохранной биологии (см. Минимальный размер жизнеспособной популяции ) и в контексте сельского хозяйства (биологическая борьба и борьба с вредителями ).

Ученые стали свидетелями нехватки популяции американских бизонов, куриц прерий, северных морских слонов, золотых хомяков и гепардов. Новозеландские черные малиновки столкнулись с проблемой пяти особей, все они были потомками одной самки. Генетики нашли доказательства прошлых узких мест у панд, золотистых курносых обезьян и людей.

Минимальный жизнеспособный размер популяции

В природоохранной биологии минимальный размер жизнеспособной популяции (MVP) помогает определить эффективный размер популяции, когда популяция находится под угрозой исчезновения . Последствия «узкого места» в популяции часто зависят от количества особей, оставшихся после «узкого места», и от того, как это соотносится с минимальным жизнеспособным размером популяции.

Эффекты основателя

Несколько иная форма узкого места может возникнуть, если небольшая группа становится репродуктивно (например, географически) отделенной от основной популяции, например, в результате события основателя , например, если несколько представителей вида успешно колонизируют новый изолированный остров или из небольшие программы разведения в неволе, например, животных в зоопарке. В качестве альтернативы, инвазивные виды могут испытывать узкие места в популяции из-за событий-основателей, когда попадают в их зараженный ареал.

Примеры

Люди

Согласно модели 1999 года, серьезное узкое место в популяции, или, точнее говоря , полноценное видообразование , произошло среди группы Australopithecina, когда они перешли в вид, известный как Homo erectus, два миллиона лет назад. Считается, что с тех пор, как Homo erectus начал ходить по Земле, должны были возникнуть дополнительные узкие места , но текущих археологических, палеонтологических и генетических данных недостаточно, чтобы дать много надежной информации о таких предполагаемых узких местах. Тем не менее, нельзя исключать возможность возникновения серьезного узкого места в масштабах всего вида в последнее время.

2005 Исследования , проведенные в Университете Рутгерса предположило , что пред- 1492 коренного население этих Америков являются потомками только 70 лиц , которые пересекли перешеек между Азией и Северной Америкой.

Теория катастрофы Тоба

Спорная теория катастрофы Тоба , представленная в конце 1990-х - начале 2000-х годов, предполагала, что узкое место в человеческой популяции произошло примерно 75 000 лет назад, предполагая, что человеческая популяция сократилась до 10 000–30 000 человек после извержения супервулкана Тоба в Индонезии и вызвало серьезное изменение окружающей среды. Было высказано предположение, что параллельные узкие места существуют среди шимпанзе , горилл , макак-резусов , орангутанов и тигров . Гипотеза была основана на геологических свидетельствах внезапного изменения климата и на свидетельствах слияния некоторых генов (включая митохондриальную ДНК , ДНК Y-хромосомы и некоторые ядерные гены ), а также на относительно низком уровне генетической изменчивости у людей.

Однако последующие исследования, особенно в 2010-х годах, по-видимому, опровергли как аргумент климата, так и аргумент генетики. Недавние исследования показывают, что масштабы изменения климата были намного меньше, чем полагают сторонники теории.

В 2000 году в статье « Молекулярная биология и эволюция» была предложена модель трансплантации или «длинное узкое место» для объяснения ограниченного генетического разнообразия, а не катастрофического изменения окружающей среды. Это согласуется с предположениями о том, что в Африке к югу от Сахары численность могла упасть в разы до 2 000, возможно, на 100 000 лет, прежде чем численность снова начала увеличиваться в позднем каменном веке .

Другие животные

Год Американский
бизон (эст)
До 1492 г. 60 000 000
1890 г. 750
2000 г. 360 000

Зубр , также называемый зубром (Bison bonasus), оказался на грани исчезновения в начале 20 века. Все животные, живущие сегодня, произошли от 12 особей, и у них чрезвычайно низкая генетическая изменчивость, которая, возможно, начинает влиять на репродуктивную способность быков.

Популяция американских бизонов (Bison bison) сократилась из-за чрезмерной охоты, что почти привело к исчезновению примерно в 1890 году, хотя с тех пор она начала восстанавливаться (см. Таблицу).

Из-за чрезмерной охоты северный морской слон оказался на грани исчезновения к концу 19 века. Хотя они вернулись, генетическая изменчивость в популяции остается очень низкой.

Классическим примером узкого места в популяции является северный морской слон , популяция которого упала примерно до 30 в 1890-х годах. Хотя сейчас их количество исчисляется сотнями тысяч, возможность возникновения узких мест внутри колоний сохраняется. Доминантные быки способны спариваться с наибольшим количеством самок - иногда до 100. Поскольку большая часть потомства колонии происходит от одного доминирующего самца, генетическое разнообразие ограничено, что делает этот вид более уязвимым для болезней и генетических мутаций. Золотистый хомяк является так же упираются видами, причем подавляющее большинство одомашненных хомячков произошли от одного помета нашло в сирийской пустыне около 1930, и очень мало диких золотистых хомячков остались.

Ярким примером «узкого места» популяции является новозеландская черная малиновка , каждая особь которой сегодня является потомком одной самки, называемой Old Blue. Популяция черных малиновок все еще восстанавливается с минимальной отметки в пять особей в 1980 году.

Геном из гигантской панды показывает свидетельство серьезного бутылочного горлышка около 43000 лет назад. Есть также свидетельства существования по крайней мере одного вида приматов, золотистой курносой обезьяны , которая примерно в это время также страдала от узкого места. Предполагается, что причиной узких мест, наблюдаемых у обоих этих видов, стало неизвестное экологическое событие. Узкие места, вероятно, привели к низкому генетическому разнообразию, наблюдаемому у обоих видов.

Другие факты иногда могут быть выведены из наблюдаемого узкого места среди населения. Среди гигантских черепах Галапагосских островов - которые сами по себе являются ярким примером узкого места - сравнительно большая популяция на склонах вулкана Альседо значительно менее разнообразна, чем четыре другие популяции черепах на том же острове. Анализ ДНК указывает на то, что это узкое место возникло примерно за 88 000 лет до настоящего времени ( YBP ). Приблизительно 100 000 YBP вулкан извергся в результате сильного извержения, глубоко погрузив большую часть среды обитания черепах в пемзу и пепел.

До того, как европейцы прибыли в Северную Америку , прерии служили средой обитания для крупных прерийных кур . В Иллинойсе только число больших цыплят прерии упала с более чем 100 миллионов в 1900 году до 50 в 1990 году Такое снижение численности населения были результатом охоты и среды обитания уничтожения , но случайные последствия также вызвали большие потери в разнообразии видов. Анализ ДНК, сравнивающий птиц 1990 года и середины века, показывает резкий генетический спад в последние десятилетия. Больше луговой тетерев в настоящее время испытывает низкий репродуктивный успех.

Ограничение численности популяций также представляет серьезную угрозу стабильности популяций видов. Papilio homerus - самая крупная бабочка в Америке, которая находится под угрозой исчезновения согласно МСОП. Исчезновение центральной популяции представляет собой серьезную угрозу ограничения численности населения. Остальные две популяции сейчас географически изолированы, и их ждет нестабильное будущее с ограниченными оставшимися возможностями для потока генов.

У гепардов есть генетические узкие места .

Селекция

Узкие места также существуют среди чистопородных животных (например, собак и кошек : мопсов , персидских ), потому что заводчики ограничивают свои генофонды несколькими (выигравшими выставку) особями из-за их внешности и поведения. Широкое использование желаемых отдельных животных в ущерб другим может привести к эффекту популярного производителя .

Селекция для пород собак вызвала стягивающие породы специфических узких места. Эти узкие места привели к тому, что у собак в среднем на 2–3% больше генетической нагрузки, чем у серых волков . Строгие программы разведения и ограниченность популяции привели к распространению таких заболеваний, как болезни сердца, слепота, рак , дисплазия тазобедренного сустава, катаракта и другие.

Селективная селекция для получения высокоурожайных культур привела к генетическим узким местам этих культур и привела к генетической однородности. Такое сокращение генетического разнообразия многих сельскохозяйственных культур может привести к более широкой восприимчивости к новым болезням или вредителям, что угрожает глобальной продовольственной безопасности.

Растения

Исследования показали, что в геноме сосны Wollemi ( Wollemia nobilis ) существует невероятно низкое, почти не поддающееся обнаружению количество генетического разнообразия . МСОП обнаружил, что в 2011 году численность популяции составила 80 взрослых особей и около 300 сеянцев и молодых особей, а ранее у сосны Воллеми в дикой природе было менее 50 особей. Низкий размер популяции и низкое генетическое разнообразие указывают на то, что сосна Воллеми пережила серьезное ограничение популяции.

Узкое место для популяции было создано в 1970-х годах благодаря усилиям по сохранению находящегося под угрозой исчезновения серебряного меча Мауна-Кеа ( Argyroxiphium sandwicense ssp. Sandwicense ). Небольшая естественная популяция серебряного меча была увеличена в 1970-х годах за счет пересаженных особей. Было обнаружено, что все пересаженные растения серебристого меча являются потомками первого или последующих поколений только от двух основательниц по материнской линии. Низкое количество полиморфных локусов у пересаженных особей привело к ограничению популяции, что привело к потере маркерного аллеля в восьми локусах.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки