Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Узкое место в популяции, за которым следует выздоровление или исчезновение

Эффект бутылочного горлышко или генетические узкое место резкого уменьшение размера населения из - за экологические события , такие , как голод, землетрясение, наводнение, пожары, болезнь и засуха или деятельность человека , такие как specicide и планирование человеческой популяции . Такие события могут уменьшить изменчивость генофонда популяции; после этого меньшая популяция с меньшим генетическим разнообразием остается, чтобы передать гены будущим поколениям потомства посредством полового размножения . Генетическое разнообразие остается низким, увеличивается только тогда, когда происходит поток генов из другой популяции, или очень медленно увеличивается со временем как случайныйпроисходят мутации . [1] [ самостоятельно опубликованный источник ] 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. [2] В качестве альтернативы, если выжившие в узком месте являются индивидами 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. [3]

Узкие места в популяции играют важную роль в природоохранной биологии (см. Минимальный размер жизнеспособной популяции ) и в контексте сельского хозяйства (биологическая борьба и борьба с вредителями ). [4]

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 [ править ]

Основная статья: Минимальная жизнеспособная популяция

В биологии сохранения минимальный размер жизнеспособной популяции (MVP) помогает определить эффективный размер популяции, когда популяция находится под угрозой исчезновения . [5] [6] Эффекты «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 [ править ]

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 небольшого плена программы разведения, 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. [7]

Примеры [ править ]

Люди [ править ]

Смотрите также: Эффект основателя § Среди человеческих популяций

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. [8]

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. [9]

Теория катастроф Тоба [ править ]

Основная статья: Теория катастроф 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, возможно, до 10 000–30 000 человек [10], когда супервулкан Тоба в Индонезия разразилась и вызвала серьезное изменение окружающей среды. Было высказано предположение, что параллельные узкие места существуют среди шимпанзе , горилл , макак-резусов , орангутанов и тигров . [11] Гипотеза была основана на геологических свидетельствах внезапного изменения климата и насвидетельство слияния некоторых генов (включая митохондриальную ДНК , ДНК Y-хромосомы и некоторые ядерные гены ) [12] и относительно низкий уровень генетической изменчивости у людей. [10]

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. [13] Генетический материал, унаследованный исключительно от отца или матери, можно проследить во времени по материнской или отцовской родословной. [14]

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. [8] 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 . [15]

Другие животные [ править ]

ГодАмериканский
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, что может начать влиять на репродуктивную способность быков. [16]

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 новозеландский черный малиновый , каждый экземпляр которого сегодня является потомком одной самки по имени Старая синяя. Популяция черных малиновок все еще восстанавливается с минимальной отметки в пять особей 1980 года.

Геном из гигантской панды показывает свидетельство серьезного бутылочного горлышка около 43000 лет назад. [17] Есть также свидетельства существования по крайней мере одного вида приматов, золотистой курносой обезьяны , которая примерно в это время также пострадала от узкого места. Предполагается, что причиной узких мест, наблюдаемых у обоих этих видов, стало неизвестное экологическое событие. Узкие места, вероятно, обусловили низкое генетическое разнообразие, наблюдаемое 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 узкое место возникло примерно за 88 000 лет до настоящего времени ( YBP ). [18] Приблизительно 100 000 YBP извергался вулкан, 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. [19] [ ненадежный источник? ]

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. [20]

У гепардов есть генетические узкие места . [21] [22]

Селективное разведение [ править ]

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. [23] Эти узкие места привели к тому, что у собак в среднем на 2–3% больше генетической нагрузки, чем у серых волков . [24] Строгие программы разведения и ограниченность популяции привели к распространению таких заболеваний, как болезни сердца, слепота, рак, дисплазия тазобедренного сустава, катаракта и другие. [23]

Селективная селекция для получения высокоурожайных культур привела к генетическим узким местам этих культур и привела к генетической однородности. [25] Это сокращение генетического разнообразия многих сельскохозяйственных культур может привести к большей восприимчивости к новым болезням или вредителям, что угрожает глобальной продовольственной безопасности. [26]

Растения [ править ]

Исследования показали, что в геноме сосны Wollemi ( Wollemia nobilis ) существует невероятно низкое, почти не поддающееся обнаружению количество генетического разнообразия . [27] МСОП обнаружил, что в 2011 году численность популяции составила 80 взрослых особей и около 300 саженцев и молодых особей, а ранее у сосны Воллеми в дикой природе было менее 50 особей. [28] 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 в результате усилий по сохранению находящегося под угрозой исчезновения серебряного меча Мауна-Кеа ( Argyroxiphium sandwicense ssp. Sandwicense ). [29] 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.

См. Также [ править ]

  • Бэби-бум
  • Эффект основателя
  • Демографический бум
  • Небольшая численность населения

Ссылки [ править ]

  1. ^ Уильям Р. Кэттон младший «Узкое место: надвигающийся тупик человечества» Xlibris Corporation, 2009. 290 стр. ISBN  978-1-4415-2241-2 [ необходима страница ] [ самостоятельно опубликованный источник ]
  2. ^ Ланде, Р. (1988). «Генетика и демография в биологической консервации». Наука . 241 (4872): 1455–1460. DOI : 10.1126 / science.3420403 . PMID 3420403 . 
  3. ^ Линч, М .; Conery, J .; Бургер, Р. (1995). «Накопление мутаций и вымирание малых популяций». Американский натуралист . 146 (4): 489–518. DOI : 10.1086 / 285812 .
  4. ^ Хафбауэр RA, Богданович С. М., Харрисон Р. (февраль 2004). «Популяционная генетика интродукции биологического контроля: митохондриальная ДНК и вариация микросателли в местных и интродуцированных популяциях паризитоидной осы Aphidus ervi». Молекулярная экология . 13 (2): 337–48. DOI : 10.1046 / j.1365-294X.2003.02084.x . PMID 14717891 . S2CID 45796650 .  
  5. ^ Гилпин, Мэн; Soulé, ME (1986). «Минимальные жизнеспособные популяции: процессы исчезновения видов». В Soulé, Майкл Э. (ред.). Биология сохранения: наука о редкости и разнообразии . Сандерленд Масса: Sinauer Associates. С. 13–34. ISBN 978-0-87893-794-3.
  6. ^ Soulé, Майкл Э., изд. (1987). Жизнеспособные популяции для сохранения . Кембридж: Cambridge Univ. Нажмите . ISBN 978-0-521-33657-4.[ требуется страница ]
  7. ^ Ли, CE (2002). Эволюционная генетика инвазионных видов. Тенденции в экологии и эволюции , 17 (8), 386-391.
  8. ^ a b Хоукс Дж., Ханли К., Ли С.Х., Вулпофф М. (январь 2000 г.). «Узкие места населения и эволюция человека в эпоху плейстоцена» . Молекулярная биология и эволюция . 17 (1): 2–22. DOI : 10.1093 / oxfordjournals.molbev.a026233 . PMID 10666702 . 
  9. ^ «Северная Америка, в которой проживает всего 70 человек, согласно выводам исследования» . LiveScience. 2005-05-25 . Проверено 1 апреля 2010 .
  10. ^ a b Докинз, Ричард (2004). «Сказка кузнечика». Сказка предков, паломничество к заре жизни . Бостон: Компания Houghton Mifflin. п. 416. ISBN 0-297-82503-8.
  11. ^ Протеро, Дональд Р. (2013-08-01). Проверка реальности: как отрицатели науки угрожают нашему будущему . Издательство Индианского университета. п. 263. ISBN. 9780253010360.
  12. ↑ Амвросий SH (июнь 1998 г.). «Узкие места населения позднего плейстоцена, вулканическая зима и дифференциация современного человека» . Журнал эволюции человека . 34 (6): 623–51. DOI : 10,1006 / jhev.1998.0219 . PMID 9650103 . S2CID 33122717 .  
  13. ^ «Сомнения по поводу« вулканической зимы »после супер-извержения Тоба. 2013» . Phys.org . 2013-05-02 . Проверено 31 октября 2015 .
  14. ^ Докинз, Ричард (1995). «Вся Африка и ее потомки». Река вне Эдема . Нью-Йорк: Основные книги. ISBN 0-465-01606-5.[ требуется страница ]
  15. ^ Behar DM, Villems R, Soodyall H, et al. (Май 2008 г.). «Рассвет человеческого матрилинейного разнообразия» . Американский журнал генетики человека . 82 (5): 1130–40. DOI : 10.1016 / j.ajhg.2008.04.002 . PMC 2427203 . PMID 18439549 . Краткое содержание - BBC News (24 апреля 2008 г.).  
  16. ^ Luenser, K .; Fickel, J .; Lehnen, A .; Speck, S .; Людвиг, А. (2005). «Низкий уровень генетической изменчивости европейских зубров ( Bison bonasus ) из Беловежского национального парка в Польше». Европейский журнал исследований дикой природы . 51 (2): 84–7. DOI : 10.1007 / s10344-005-0081-4 . S2CID 34102378 . 
  17. ^ Чжан, Я-Пин; Ван, Сяо-ся; Райдер, Оливер А .; Ли, Хай-Пэн; Чжан, Хэ-Мин; Йонг, Янге; Ван, Пэн-янь (2002). «Генетическое разнообразие и сохранение исчезающих видов животных» . Чистая и прикладная химия . 74 (4): 575–84. DOI : 10,1351 / pac200274040575 . S2CID 13945117 . 
  18. ^ Beheregaray LB, Ciofi C, D Geist, Гиббс JP, Caccone A, Пауэлл JR (октябрь 2003). «Гены зафиксировали доисторическое извержение вулкана на Галапагосских островах». Наука . 302 (5642): 75. DOI : 10.1126 / science.1087486 . PMID 14526072 . S2CID 39102858 .  
  19. ^ "Лаборатория глубинной структуры мозга и экологии" . Группа сравнения мозга и экологии . Мозг и экология Deepstruc. System Co., Ltd. 2010. Архивировано из оригинального 18 октября 2015 года . Проверено 13 марта 2011 года .[ ненадежный источник? ]
  20. ^ Lehnert, Мэтью S .; Kramer, Valerie R .; Роулинз, Джон Э .; Вердеция, Ванесса; Дэниелс, Джарет К. (2017-07-10). "Бабочка Ямайки, находящаяся под критическим исчезновением: Обзор биологии и состояния сохранности махаона Гомеруса (Papilio (Pterourus) homerus Fabricius)" . Насекомые . 8 (3): 68. DOI : 10,3390 / insects8030068 . PMC 5620688 . PMID 28698508 .  
  21. ^ Menotti-Raymond, M .; О'Брайен, SJ (апрель 1993 г.). «Знакомство с генетическим узким местом африканского гепарда» . Proc Natl Acad Sci USA . 90 (8): 3172–6. DOI : 10.1073 / pnas.90.8.3172 . PMC 46261 . PMID 8475057 .  
  22. ^ О'Брайен, S .; Roelke, M .; Маркер, L; Ньюман, А; Winkler, C .; Мельцер, Д; Колли, L; Evermann, J .; Буш, М; Вильдт, Д. (22 марта 1985 г.). «Генетическая основа уязвимости видов гепарда» (PDF) . Наука . 227 (4693): 1428–1434. DOI : 10.1126 / science.2983425 . PMID 2983425 . Архивировано из оригинального (PDF) 07 мая 2006 года.  
  23. ^ a b Lindblad-Toh, K .; Уэйд, СМ; Mikkelsen, TS; Карлссон, ЭК (2005). «Последовательность генома, сравнительный анализ и структура гаплотипов домашней собаки» . Природа . 438 (7069): 803. DOI : 10.1038 / nature04338 . PMID 16341006 . 
  24. ^ Марсден, CD; Ortega-Del Vecchyo, D .; О'Брайен, DP; и другие. (2016). «Узкие места и выборочные зачистки во время одомашнивания увеличили пагубную генетическую изменчивость собак» . Труды Национальной академии наук . 113 (1): 152–157. DOI : 10.1073 / pnas.1512501113 . PMC 4711855 . PMID 26699508 .  
  25. ^ Национальный исследовательский совет. (1972). Генетическая уязвимость основных сельскохозяйственных культур . Национальные академии.
  26. ^ Hyten, DL; Песня, Q .; Zhu, Y .; и другие. (2006). «Влияние генетических узких мест на разнообразие генома сои» . Труды Национальной академии наук . 103 (45): 16666–16671. DOI : 10.1073 / pnas.0604379103 . PMID 17068128 . 
  27. ^ Peakall, R .; Ebert, D .; Скотт, LJ; Meagher, PF; Оффорд, Калифорния (2003). «Сравнительное генетическое исследование подтверждает исключительно низкую генетическую изменчивость древнего и находящегося под угрозой исчезновения реликтового хвойного дерева Wollemia nobilis (Araucariaceae)». Молекулярная экология . 12 (9): 2331–2343. DOI : 10.1046 / j.1365-294X.2003.01926.x . PMID 12919472 . S2CID 35255532 .  
  28. Перейти ↑ Thomas, P. (2010). "Wollemia nobilis". Красный список МСОП находящихся под угрозой исчезновения 2011 . DOI : 10.2305 / IUCN.UK.2011-2.RLTS.T34926A9898196.en .
  29. ^ Робишо, RH; Friar, EA; Маунт, DW (1997). «Молекулярно-генетические последствия узкого места в популяции, связанного с реинтродукцией серебряного меча Мауна-Кеа ( Argyroxiphium sandwicense ssp. Sandwicense [Asteraceae]») ». Биология сохранения . 11 (5): 1140–1146. DOI : 10.1046 / j.1523-1739.1997.96314.x .

Внешние ссылки [ править ]

  • Ястребы Дж., Ханли К., Ли С.Х., Вулпофф М. (январь 2000 г.). «Узкие места населения и эволюция человека в плейстоцене» . Молекулярная биология и эволюция . 17 (1): 2–22. DOI : 10.1093 / oxfordjournals.molbev.a026233 . PMID  10666702 . Краткое содержание - Мичиганский университет, факультет антропологии (10 января 2000 г.).
  • История северного морского слона
  • Nei M (май 2005 г.). «Узкие места, генетический полиморфизм и видообразование» . Генетика . 170 (1): 1–4. PMC  1449701 . PMID  15914771 .