Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В популяционной генетике и экологии популяций , размер популяции (обычно обозначается Н ) является количеством индивидуальных организмов в популяции . Размер популяции напрямую связан с величиной генетического дрейфа и является основной причиной таких эффектов, как «узкие места» популяции и эффект основателя. [1] Генетический дрейф является основным источником уменьшения генетического разнообразия внутри популяций, что приводит к фиксации и потенциально может привести к событиям видообразования. [1]

Генетический дрейф [ править ]

Из пяти условий, необходимых для поддержания равновесия Харди-Вайнберга , всегда будет нарушаться бесконечный размер популяции; это означает, что всегда имеет место некоторая степень генетического дрейфа. [1] Меньший размер популяции приводит к увеличению генетического дрейфа , который, как предполагалось, дает этим группам эволюционное преимущество для усложнения генома. [2] Альтернативная гипотеза утверждает, что, хотя генетический дрейф играет большую роль в развитии сложности малых популяций, отбор является механизмом, с помощью которого большие популяции развивают сложность. [3]

Узкие места населения и эффект основателя [ править ]

Узкие места в популяции возникают, когда размер популяции сокращается на короткий период времени, уменьшая генетическое разнообразие в популяции.

Эффект основателя возникает, когда несколько особей из более крупной популяции создают новую популяцию, а также уменьшает генетическое разнообразие, и первоначально был описан Эрнстом Майром . [4] Эффект основателя - это уникальный случай генетического дрейфа, поскольку меньшая популяция-основатель уменьшила генетическое разнообразие, что приведет к более быстрому перемещению аллелей в популяции в сторону фиксации .

Моделирование генетического дрейфа [ править ]

Генетический дрейф обычно моделируется в лабораторных условиях с использованием популяций бактерий или цифрового моделирования. В цифровых организмах сгенерированная популяция претерпевает эволюцию на основе различных параметров, включая различную приспособленность, изменчивость и набор наследственности для отдельных организмов. [3]

Розен и др. использовать отдельные бактериальные штаммы на двух разных средах, одна с простыми питательными компонентами, а другая с питательными веществами, которые помогают популяциям бактерий эволюционировать более неоднородно. [2] Также использовалась цифровая симуляция, основанная на дизайне бактериального эксперимента, с различными присвоениями пригодности и эффективных размеров популяции, сопоставимыми с размерами используемых бактерий, на основе как малых, так и больших обозначений популяций [2] В простых и сложных средах, меньшие популяции демонстрировали большую изменчивость, чем большие популяции, которые не демонстрировали значительного разнообразия приспособленности. [2]Меньшие группы населения улучшили свою физическую форму и быстрее адаптировались в сложной среде, в то время как большие группы адаптировались быстрее, чем небольшие группы в простой среде. [2] Эти данные демонстрируют, что последствия увеличения изменчивости в небольших популяциях зависят от окружающей среды: более сложные или сложные среды позволяют вариациям, присутствующим в небольших популяциях, давать большее преимущество. [2] Анализ показывает, что меньшие группы населения имеют более значительный уровень приспособленности из-за неоднородности внутри группы независимо от сложности окружающей среды; адаптивные реакции увеличиваются в более сложных средах. [2]Адаптации в бесполых популяциях также не ограничиваются мутациями, поскольку генетическая изменчивость в этих популяциях может управлять адаптацией. [5] Хотя небольшие популяции, как правило, сталкиваются с более серьезными проблемами из-за ограниченного доступа к широко распространенным полезным мутациям, адаптация в этих популяциях менее предсказуема и позволяет популяциям быть более пластичными в своих реакциях на окружающую среду. [2] Повышение приспособленности с течением времени в небольших бесполых популяциях, как известно, сильно положительно коррелирует с размером популяции и скоростью мутаций, а вероятность фиксации полезной мутации обратно пропорциональна размеру популяции и скорости мутаций. [6]

Лабар и Адами используют цифровые гаплоидные организмы для оценки различных стратегий накопления сложности генома. Это исследование показало, что и дрейф, и отбор эффективны в малых и больших популяциях соответственно, но этот успех зависит от нескольких факторов. [3] Данные наблюдения инсерционных мутаций в этой цифровой системе демонстрируют, что небольшие популяции развивают больший размер генома из-за фиксации вредных мутаций, а большие популяции развивают больший размер генома из-за фиксации полезных мутаций. [3]  Было отмечено, что небольшие популяции имеют преимущество в достижении полной геномной сложности из-за обусловленной дрейфом фенотипической сложности. [3]При моделировании делеционных мутаций только самые большие популяции имели какое-либо существенное преимущество в пригодности. [3] Это моделирование демонстрирует, что меньшие популяции исправляют вредные мутации за счет увеличения генетического дрейфа. [3] Это преимущество, вероятно, ограничено высокими темпами исчезновения. [3] Более крупные популяции усложняются за счет мутаций, которые увеличивают экспрессию определенных генов; Удаление вредных аллелей не ограничивает развитие более сложных геномов в более крупных группах, и не требуется большого количества инсерционных мутаций, которые привели к появлению полезных или нефункциональных элементов в геноме. [3]Когда делеционные мутации происходят чаще, самые большие популяции имеют преимущество, которое предполагает, что большие популяции обычно имеют эволюционное преимущество для развития новых признаков. [3]

Критическая скорость мутации [ править ]

Критическая частота мутаций или порог ошибки ограничивает количество мутаций, которые могут существовать в самовоспроизводящейся молекуле до того, как генетическая информация будет уничтожена в последующих поколениях. [7]

Вопреки результатам предыдущих исследований [8] было отмечено, что частота критических мутаций зависит от размера популяции как в гаплоидной, так и в диплоидной популяциях. [9] Когда в популяции менее 100 особей, критическая частота мутаций может быть превышена, но это приведет к потере генетического материала, что приведет к дальнейшему сокращению популяции и вероятности исчезновения. [9] Это «ограничение скорости» распространено среди небольших адаптированных бесполых популяций и не зависит от частоты мутаций. [10]

Эффективная численность населения ( N e ) [ править ]

Эффективный размер популяции ( Н е ) определяется как «числа лиц , разведением в качестве идеализированного населения , которые показывали бы одинаковое количество дисперсии частот аллелей при случайном генетического дрейфа или такое же количество инбридинга в популяции рассматриваемого» . N e обычно меньше N (абсолютный размер популяции), и это имеет важные приложения в генетике сохранения . [11]

Перенаселение может указывать на любой случай, когда популяция любого вида животных может превышать емкость его экологической ниши . [12]

См. Также [ править ]

  • Грузоподъемность
  • Голоценовое вымирание
  • Списки организмов по популяциям
  • Перенаселение
  • Темпы роста населения

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Райт S (ноябрь 1929 г.). «Эволюция господства». Американский натуралист . 63 (689): 556–561. DOI : 10.1086 / 280290 .
  2. ^ a b c d e f g h Розен Д.Э., Хабетс М.Г., Гендель А., де Виссер Дж. А. (март 2008 г.). «Неоднородные адаптивные траектории малых популяций на сложных фитнес-ландшафтах» . PLOS ONE . 3 (3): e1715. DOI : 10.1371 / journal.pone.0001715 . PMC 2248617 . PMID 18320036 .  
  3. ^ Б с д е е г ч я J Labar Т, С Адами (декабрь 2016). «Различные эволюционные пути к сложности для малых и больших популяций цифровых организмов» . PLOS Вычислительная биология . 12 (12): e1005066. DOI : 10.1371 / journal.pcbi.1005066 . PMC 5140054 . PMID 27923053 .  
  4. ^ Provine WB (июль 2004). "Эрнст Майр: генетика и видообразование" . Генетика . 167 (3): 1041–6. PMC 1470966 . PMID 15280221 .  
  5. ^ Lang GI, Ботстайн D, Десаи MM (июль 2011). «Генетическая изменчивость и судьба полезных мутаций в бесполых популяциях» . Генетика . 188 (3): 647–61. DOI : 10.1534 / genetics.111.128942 . PMC 3176544 . PMID 21546542 .  
  6. ^ Gerrish PJ, Ленский RE (1998). «Судьба конкурирующих полезных мутаций в бесполой популяции». Genetica . 102–103 (1–6): 127–44. DOI : 10.1023 / а: 1017067816551 . PMID 9720276 . 
  7. ↑ Eigen M (октябрь 1971 г.). «Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул». Die Naturwissenschaften . 58 (10): 465–523. DOI : 10.1007 / bf00623322 . PMID 4942363 . 
  8. ^ Gillespie JH (ноябрь 2001). «Имеет ли значение размер популяции вида для его эволюции?» . Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 55 (11): 2161–9. DOI : 10.1111 / j.0014-3820.2001.tb00732.x . JSTOR 2680348 . PMID 11794777 .  
  9. ^ a b Aston E, Канал A, День C, Knight CG (2013-12-27). «Критическая частота мутаций имеет экспоненциальную зависимость от размера популяции в гаплоидных и диплоидных популяциях» . PLOS ONE . 8 (12): e83438. DOI : 10.1371 / journal.pone.0083438 . PMC 3873944 . PMID 24386200 .  
  10. ^ Арьян JA, Виссер M, Zeyl CW, Gerrish PJ, Blanchard JL, Ленский RE (январь 1999). «Уменьшение отдачи от скорости распространения мутаций в бесполых популяциях». Наука . 283 (5400): 404–6. DOI : 10.1126 / science.283.5400.404 . JSTOR 2896813 . PMID 9888858 .  
  11. ^ Гуземанн M, Zachos FE, Пакстон RJ, Habel JC (октябрь 2016). «Эффективная численность популяции в экологии и эволюции» . Наследственность . 117 (4): 191–2. DOI : 10.1038 / hdy.2016.75 . PMC 5026761 . PMID 27553454 .  
  12. ^ Справочное бюро населения PRB (декабрь 1988 г.). «Что такое перенаселение?». Обмен образованием между населением . 17 (4): 1-2. PMID 12281798 .