Население узкого места
Узкое население или генетическое узкое место - это резкое сокращение размера популяции из -за экологических событий, таких как голод, землетрясения, наводнения, пожары, болезнь и засухи ; или человеческая деятельность, такая как геноцид, специфид, широко распространенное насилие или преднамеренное отбор. Такие события могут уменьшить различия в генном пуле популяции; После этого меньшая популяция с меньшим разнообразием остается передачей генов будущим поколениям потомства генетическим . Генетическое разнообразие остается ниже, увеличиваясь только тогда, когда поток генов из другой популяции происходит или очень медленно увеличивается со временем по мере возникновения случайных мутаций . [ 1 ] [ Самостоятельно опубликованный источник ] Это приводит к снижению надежности населения и его способности адаптироваться к выбору изменений в окружающей среде, таких как изменение климата или изменение доступных ресурсов. [ 2 ] В качестве альтернативы, если выжившие в узком месте являются люди с наибольшей генетической пригодностью , частота подходящих генов в генном пуле увеличивается, а сам бассейн снижается.
Генетический дрейф , вызванный узким местом популяции, может изменить пропорциональное случайное распределение аллелей и даже привести к потере аллелей . Вероятность инбридинга и генетической однородности может возрасти, что, возможно, приведет к депрессии инбридинга . Меньший размер популяции также может привести к накапливанию вредных мутаций. [ 3 ]
Узкие места населения играют важную роль в биологии сохранения (см. Минимальный жизнеспособный размер населения) и в контексте сельского хозяйства (биологическое борьбу с вредителями ). [ 4 ]
Минимальный жизнеспособный размер населения
[ редактировать ]В биологии сохранения минимальный жизнеспособный размер популяции (MVP) помогает определить эффективную численность населения , когда популяция подвергается риску исчезновения . [ 5 ] [ 6 ] Влияние узкого места населения часто зависят от количества людей, оставшихся после узкого места, и того, как это сравнивается с минимальным жизнеспособным размером населения.
Эффекты основателя
[ редактировать ]Немного другая форма узкого места может возникнуть, если небольшая группа репродуктивно (например, географически) отделяется от основной популяции, например, через событие основателя, например, если несколько членов вида успешно колонизируют новый изолированный остров или от Небольшие программы размножения в неволе, такие как животные в зоопарке. В качестве альтернативы инвазивные виды могут подвергаться узким местам популяции через события основателей при введении в их вторенный диапазон. [ 7 ]
Примеры
[ редактировать ]Люди
[ редактировать ]Согласно модели 1999 года, тяжелое узкое место населения, или, более конкретно, полноценное видообразование , произошло среди группы австралопитекины , когда они переходили к виду, известному как Homo erectus два миллиона лет назад. Считается, что дополнительные узкие места должны были произойти с тех пор, как Homo erectus начал ходить по Земле, но нынешние археологические, палеонтологические и генетические данные неадекватны, чтобы дать достаточно надежную информацию о таких предполагаемых узких местах. [ 8 ] Тем не менее, генетический анализ 2023 года выявил такого узкого места населения человека из возможных от 100 000 до 1000 человек «около 930 000 и 813 000 лет назад [который] длился около 117 000 лет и приближал людей к вымиранию». [ 9 ] [ 10 ]
Исследование, проведенное в 2005 году в Университете Рутгерса, предположило, что до 1492 года Кориленной Америки население -это потомки всего 70 человек, которые пересекли наземный мост между Азией и Северной Америкой. [ 11 ]
Удрушающее место неолитической Y-хромосомы относится к периоду около 5000 до н.э., когда разнообразие в мужской Y-хромосоме резко упало, до уровня, эквивалентного размножения, происходящему с соотношением между мужчинами и женщинами 1:17. [ 12 ] Обнаружен в 2015 году [ 13 ] Исследование показывает, что причиной узкого места было не уменьшение числа мужчин, а резкое снижение процента мужчин с репродуктивным успехом.
TOBA CATASTROPHE Теория
[ редактировать ]Спорная теория катастрофы TOBA, представленная в конце 1990 -х по начало 2000 -х годов, предположила, что узкое место населения произошло примерно 75 000 лет назад, предположив, что человеческое население было уменьшено до, возможно, 10 000–30 000 человек [ 14 ] Когда вспыхнул Toba Superolcano в Индонезии и вызвал серьезные изменения в окружающей среде. Были предложены параллельные узкие места, чтобы существовать среди шимпанзе , горилл , макак -резусов , орангутанов и тигров . [ 15 ] Гипотеза была основана на геологических доказательствах внезапного изменения климата и доказательствах коалесценции некоторых генов (включая митохондриальную ДНК , ДНК Y-хромосомы и некоторые ядерные гены ) [ 16 ] и относительно низкий уровень генетической вариации у людей. [ 14 ]
Однако последующие исследования, особенно в 2010 -х годах, по -видимому, опровергали как климат, так и генетический аргумент. Недавние исследования показывают, что степень изменения климата была намного меньше, чем верили сторонниками теории. [ 17 ]
В 2000 году молекулярная биология и эволюционная бумага предложила пересадную модель или «длинное узкое место» для учета ограниченных генетических изменений, а не катастрофических изменений в окружающей среде. [ 8 ] Это будет соответствовать предположениям, что в странах Африки к югу от Сахары могло бы упасть в течение 2000, возможно, в течение 100 000 лет, прежде чем числа снова начали расширяться в позднем каменном веке . [ 18 ]
Другие животные
[ редактировать ]| Год | Американец Бизон (восток) |
|---|---|
| До 1492 года | 60,000,000 |
| 1890 | 750 |
| 2000 | 360,000 |
Европейский бизон , также называемый Wisent (Bison Bonasus), столкнулся с вымиранием в начале 20 -го века. Животные, живущие сегодня, происходят от 12 человек, и они имеют чрезвычайно низкие генетические вариации, которые могут начать влиять на репродуктивную способность быков. [ 19 ]
Население американского бизона (бизона) упало из -за переходы, что почти привело к исчезновению около 1890 года, хотя с тех пор он начал восстанавливаться (см. Таблицу).
Классическим примером узкого места населения является северный слон , население которого упало примерно до 30 лет в 1890 -х годах. Хотя теперь он насчитывает в сотнях тысяч, потенциал для узких мест в колониях остается. Доминирующие быки способны спариваться с самым большим числом женщин - иногда до 100 лет. С такой большой потомство колонии, произошедшее от одного доминирующего мужчины, генетическое разнообразие ограничено, что делает виды более уязвимыми для заболеваний и генетических мутаций.
Золотой хомяк - это аналогично узкий вид вида, когда подавляющее большинство одомашненных хомяков произошло от одного мусора, найденного в сирийской пустыне около 1930 года, и остаются очень немногие золотые хомяки.
Экстремальным примером узкого места населения является новозеландский черный робин , из которого каждый образец сегодня является потомком одной женщины, называемой Old Blue. Черная популяция Робин все еще восстанавливается после своей низкой точки всего пяти человек в 1980 году.
Геном . гигантской панды показывает доказательства тяжелого узкого места около 43 000 лет назад [ 20 ] Существуют также свидетельства по крайней мере одного вида приматов, золотистого обезьяны , который также страдал от узкого места в это время. Предполагается, что неизвестное экологическое событие вызвало узкие места, наблюдаемые у обоих этих видов. Узкие места, вероятно, вызвали низкое генетическое разнообразие, наблюдаемое у обоих видов.
Другие факты иногда можно вывести из наблюдаемого узкого места населения. Среди Галапагосских островов гигантских черепах - это яркий пример узкого места - сравнительно большая популяция на склонах вулкана Альседо значительно менее разнообразна, чем четыре других популяции черепах на том же острове. Анализ ДНК датируется узким местом до 88 000 лет до настоящего времени ( YBP ). [ 21 ] Около 100 000 YBP Вулкан насильственно вспыхнул, глубоко похоронив большую часть среды обитания черепахи в пемзе и пепел.
Другой пример можно увидеть у цыплят Большой прерии , которые были распространены в Северной Америке до 20 -го века. Только в Иллинойсе число больших цыплят прерий упало с более чем 100 миллионов в 1900 году до 46 в 1998 году. [ 22 ] Это снижение численности населения было результатом охоты и разрушения среды обитания , но случайные последствия также вызвали большую потерю в разнообразии видов. Анализ ДНК, сравнивающий птиц с 1990 года и середины века, показывает резкое генетическое снижение в последние десятилетия. Управление цыплятами Большой прерии в настоящее время включает в себя генетические спасательные усилия, включая транслокационные прерийные цыплят между лек, чтобы увеличить каждую популяции генетического разнообразия. [ 22 ]
Обиточная популяция также представляет серьезную угрозу для стабильности популяций видов. Papilio Homerus является крупнейшей бабочкой в Америке и находится под угрозой исчезновения МСОП . Исчезновение центрального населения представляет значительную угрозу узкого места населения. Оставшиеся две популяции в настоящее время географически изолированы, и население сталкивается с нестабильным будущим с ограниченной возможностью для потока генов. [ 23 ]
Генетические узкие места существуют в гепардах . [ 24 ] [ 25 ]
Селективное размножение
[ редактировать ]Узкие места также существуют среди чистого насыщенных животных (например, собак и кошек : мопс , персидские ), потому что заводчики ограничивают свои генные бассейны несколькими (победными) людьми за их внешность и поведение. Обширное использование желаемых отдельных животных за исключением других может привести к популярному эффекту отца .
Селективное размножение для породы собак вызвало устремления, специфичные для породы узкие места. [ 26 ] Эти узкие места привели к тому, что собаки имеют в среднем на 2–3% больше генетической нагрузки, чем серые волки . [ 27 ] Строгие программы размножения и узкие места населения привели к распространенности таких заболеваний, как болезни сердца, слепота, рак , дисплазия тазобедренного сустава и катаракты. [ 26 ]
Селективное размножение для получения высокодоходных культур вызвало генетические узкие места в этих культурах и привело к генетической однородности. [ 28 ] Это снижение генетического разнообразия во многих культурах может привести к более широкой восприимчивости к новым заболеваниям или вредителям, что угрожает глобальной продовольственной безопасности. [ 29 ]
Растения
[ редактировать ]Исследования показали, что существует невероятно низкое, почти не обнаруживаемое количество генетического разнообразия в геноме сосны Wollemi ( Wollemia nobilis ). [ 30 ] МСКн обнаружил количество населения в 80 зрелых людей и около 300 саженцев и несовершеннолетних в 2011 году, а ранее у сосны Воллеми было менее 50 человек в дикой природе. [ 31 ] Низкий размер популяции и низкое генетическое разнообразие указывают на то, что сосна Wollemi прошла через тяжелое узкое место населения.
Узкое население было создано в 1970 -х годах благодаря усилиям по сохранению находящегося под угрозой исчезновения серебряного мечу из Мауна Кеа ( сэндвисильенс с аргироксифиумом Ssp. Ssp. Sandwicense ). [ 32 ] Небольшая естественная популяция серебряного мечу была дополнена в течение 1970 -х годов с аутсамированными людьми. Было обнаружено, что все выпущенные серебряные растения являются первыми или последующими потомками поколения только двух основателей матери. Низкое количество полиморфных локусов у выходных людей привело к узкому месту населения, что привело к потере маркерного аллеля в восьми локусах.
Смотрите также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уильям Р. Кэттон -младший. ISBN 978-1-4415-2241-2 [ страница необходима ] [ Самостоятельно опубликованный источник ]
- ^ Ланде Р. (1988). «Генетика и демография в биологической консервации». Наука . 241 (4872): 1455–1460. Bibcode : 1988sci ... 241.1455L . doi : 10.1126/science.3420403 . PMID 3420403 .
- ^ Линч, М.; Conery, J.; Burger, R. (1995). «Накопление мутации и вымирание небольших популяций». Американский натуралист . 146 (4): 489–518. doi : 10.1086/285812 . S2CID 14762497 .
- ^ Hufbauer RA, Bogdanowicz SM, Harrison RG (февраль 2004 г.). «Генетика популяции биологического контроля введения: митохондриальная ДНК и изменение микросателли в нативных и внедренных популяциях Aphidus ervi, паразитоидной осы». Молекулярная экология . 13 (2): 337–48. Bibcode : 2004molec..13..337H . doi : 10.1046/j.1365-294x.2003.02084.x . PMID 14717891 . S2CID 45796650 .
- ^ Гилпин, я; Soulé, Me (1986). «Минимальные жизнеспособные популяции: процессы видовых вымираний». В Soulé, Майкл Э. (ред.). Биология сохранения: наука о дефиците и разнообразии . Сандерлендская месса: Sinauer Associates. С. 13–34. ISBN 978-0-87893-794-3 .
- ^ Soulé, Michael E., ed. (1987). Жизнеспособные популяции для сохранения . Кембридж: Кембридж Университет. Нажимать . ISBN 978-0-521-33657-4 . [ страница необходима ]
- ^ Lee, CE (2002). Эволюционная генетика инвазивных видов. Тенденции в экологии и эволюции , 17 (8), 386-391.
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Ястребы Дж., Ханли К, Ли Ш., Вольпофф М (январь 2000 г.). «Узкие места населения и плейстоценовая эволюция человека» . Молекулярная биология и эволюция . 17 (1): 2–22. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a026233 . PMID 10666702 .
- ^ Циммер, Карл (31 августа 2023 г.). «Предки человечества чуть не погибли, как предполагает генетическое исследование - популяция разбилась после изменения климата около 930 000 лет назад, заключили ученые. Другие эксперты не убеждены в анализе» . New York Times . Архивировано из оригинала 31 августа 2023 года . Получено 2 сентября 2023 года .
- ^ Ху, Ванджи; и др. (31 августа 2023 г.). «Геномный вывод тяжелого узкого места человека во время первого и среднего плейстоценового перехода» . Наука . 381 (6661): 979–984. Bibcode : 2023sci ... 381..979H . doi : 10.1126/science.abq7487 . PMID 37651513 . S2CID 261396309 . Архивировано из оригинала 1 сентября 2023 года . Получено 2 сентября 2023 года .
- ^ «Северная Америка поселилась всего 70 человек, выводит на учебу» . Livescience. 2005-05-25 . Получено 2010-04-01 .
- ^ Старр, Мишель (31 мая 2018 г.). «Что -то странное случилось с мужчинами 7000 лет назад, и мы наконец знаем, почему» . Sciencealert.com . Получено 12 сентября 2023 года .
- ^ Кармин; и др. (2015). «Недавнее узкое место разнообразия Y -хромосом совпадает с глобальными изменениями в культуре» . Исследование генома . 25 (4): 459–466. doi : 10.1101/gr.186684.114 . PMC 4381518 . PMID 25770088 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Докинс, Ричард (2004). «Сказка кузнечика». Сказка предка, паломничество на рассвет жизни . Бостон: Houghton Mifflin Company. п. 416. ISBN 0-297-82503-8 .
- ^ Протеро, Дональд Р. (2013-08-01). Проверка реальности: как отрицатели науки угрожают наше будущее . Издательство Университета Индианы. п. 263. ISBN 9780253010360 .
- ^ Ambrose SH (июнь 1998 г.). «Позднее плейстоценовое население населения, вулканическая зима и дифференциация современных людей». Журнал человеческой эволюции . 34 (6): 623–51. Bibcode : 1998jhume..34..623a . doi : 10.1006/JHEV.1998.0219 . PMID 9650103 . S2CID 33122717 .
- ^ «Сомнение над« вулканической зимой »после супер-эксплуатации Toba. 2013» . Phys.org . 2013-05-02 . Получено 2015-10-31 .
- ^ Бехар Д.М., Виллемс Р., Судьялл Х. и др. (Май 2008 г.). «Рассвет человеческого матрилинейного разнообразия» . Американский журнал человеческой генетики . 82 (5): 1130–40. doi : 10.1016/j.ajhg.2008.04.002 . PMC 2427203 . PMID 18439549 .
- Пол Ринкон (24 апреля 2008 г.). «Человеческая линия» чуть не раскололась на два » . BBC News .
- ^ Luenser, K.; Fickel, J.; Lehnen, A.; Спек, с.; Людвиг А. (2005). «Низкий уровень генетической изменчивости в европейских бизонах ( Bison Bonasus ) из национального парка Биаловейза в Польше». Европейский журнал исследований дикой природы . 51 (2): 84–7. doi : 10.1007/s10344-005-0081-4 . S2CID 34102378 .
- ^ Чжан, Я-Пин; Ван, Ся-Ся; Райдер, Оливер А.; Ли, Хай-Пэн; Чжан, Хе-Мин; Йонг, Йанге; Ван, Пенг-Янь (2002). «Генетическое разнообразие и сохранение исчезающих видов животных» . Чистая и прикладная химия . 74 (4): 575–84. doi : 10.1351/pac200274040575 . S2CID 13945117 .
- ^ Beheregaray LB, Ciofi C, Geist D, Gibbs JP, Caccone A, Powell Jr (октябрь 2003 г.). «Гены записывают доисторическое извержение вулкана в галапагосе». Наука . 302 (5642): 75. doi : 10.1126/science.1087486 . PMID 14526072 . S2CID 39102858 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Мусманн, С.М.; Дуглас, мистер; Anthonysamy, WJB; Дэвис, Массачусетс; Симпсон, SA; Луи, W.; Дуглас, я (февраль 2017 г.). «Генетическое спасение, курица с большей прерии и проблема защиты сохранения в антропоцене» . Королевское общество открыто наука . 4 (2): 160736. Bibcode : 2017rsos .... 460736m . doi : 10.1098/rsos.160736 . ISSN 2054-5703 . PMC 5367285 . PMID 28386428 .
- ^ Lehnert, Matthew S.; Крамер, Валери Р.; Rawlins, John E.; Вердеция, Ванесса; Дэниелс, Джарет С. (2017-07-10). «Бабочка Ямайки подвергалась угрозе бабочки: обзор биологии и статуса сохранения Homerus Swallawthail (Papilio (Pterourus) Homerus fabricius)» . Насекомые . 8 (3): 68. doi : 10.3390/насекомые8030068 . PMC 5620688 . PMID 28698508 .
- ^ 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. Bibcode : 1993pnas ... 90.3172m . doi : 10.1073/pnas.90.8.3172 . PMC 46261 . PMID 8475057 .
- ^ О'Брайен, с.; Roelke, M.; Маркер, L; Ньюман, а; Винклер, C.; Мельцер, D; Колли, L; Evermann, J.; Буш, м; Wildt, D. (22 марта 1985 г.). «Генетическая основа для уязвимости видов в гепарде» (PDF) . Наука . 227 (4693): 1428–1434. Bibcode : 1985sci ... 227.1428o . doi : 10.1126/science.2983425 . PMID 2983425 . Архивировано из оригинала (PDF) на 2006-05-07.
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Lindblad-Toh, K.; Уэйд, CM; Миккельсен, Т.С.; Карлссон, Эк (2005). «Последовательность генома, сравнительный анализ и структура гаплотипа домашней собаки» . Природа . 438 (7069): 803–819. Bibcode : 2005natur.438..803L . doi : 10.1038/nature04338 . PMID 16341006 .
- ^ Марсден, CD; Ortega-Del Vecchyo, D.; О'Брайен, DP; и др. (2016). «Узкие места и селективные зачистки во время одомашнивания увеличивают вредные генетические вариации у собак» . Труды Национальной академии наук . 113 (1): 152–157. Bibcode : 2016pnas..113..152m . doi : 10.1073/pnas.1512501113 . PMC 4711855 . PMID 26699508 .
- ^ Национальный исследовательский совет. (1972). Генетическая уязвимость основных культур . Национальные академии.
- ^ Hyten, DL; Песня, Q.; Zhu, y.; и др. (2006). «Влияние генетических узких мест на разнообразие генома сои» . Труды Национальной академии наук . 103 (45): 16666–16671. Bibcode : 2006pnas..10316666H . doi : 10.1073/pnas.0604379103 . PMC 1624862 . PMID 17068128 .
- ^ ПИКАЛЛ, R.; Эберт, Д.; Скотт, LJ; Мигер, PF; Офорд, Калифорния (2003). «Сравнительное генетическое исследование подтверждает исключительно низкие генетические вариации в древнем и исчезающем реликте, Wollemia nobilis (Araucariaceae)». Молекулярная экология . 12 (9): 2331–2343. Bibcode : 2003molec..12.2331p . doi : 10.1046/j.1365-294x.2003.01926.x . PMID 12919472 . S2CID 352555532 .
- ^ Томас, П. (2011). "Wollemia nobilis" . Красный список МСОП . doi : 10.2305/iucn.uk.2011-2.rlts.t34926a9898196.en .
- ^ Robichaux, RH; Монаха, EA; Mount, DW (1997). «Молекулярные генетические последствия узкого места популяции, связанного с реинтродукцией серебряного мечу в Мауна Кеа ( Argyroxiphium sandwicense ssp. Ssp . Биология сохранения . 11 (5): 1140–1146. doi : 10.1046/j.1523-1739.1997.96314.x . S2CID 83819334 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Ястребы Дж., Ханли К, Ли Ш., Вольпофф М (январь 2000 г.). «Узкие места населения и плейстоценовая эволюция человека» . Молекулярная биология и эволюция . 17 (1): 2–22. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a026233 . PMID 10666702 .
- «Новое исследование предполагает теорию большего взрыва эволюции человека» . Мичиганский университет, факультет антропологии (пресс -релиз). 10 января 2000 года. Архивировано с оригинала 5 февраля 2014 года . Получено 4 марта 2014 года .
- История печати северного слона
- Nei M (май 2005). «Узкие места, генетический полиморфизм и видообразование» . Генетика . 170 (1): 1–4. doi : 10.1093/Genetics/170.1.1 . PMC 1449701 . PMID 15914771 .