Эффект бутылочного горла

Эффект бутылочного горла - сокращение численности популяции.

Эффект бутылочного горла (или "эффект горлышка бутылки" англ. Population bottleneck ) - Сокращение численности популяции или вида, что сопровождается усилением генетического дрейфа, поскольку интенсивность генетического дрейфа находится в обратно пропорциональном отношении к численности популяции. В результате таких событий происходит также рост частоты инбридинга из-за уменьшения множества потенциальных партнеров для размножения.

Особым случаем генетического эффекта горловины популяции является так называемый "Эффект основателя", когда небольшая группа в репродуктивном плане отделяется от ядра популяции.

При сильном снижении численности популяции, которое происходит периодически (в связи с ежегодным наступлением сезона неблагоприятного для поддержания численности популяции) или апериодически - в результате катастроф, создаются условия для случайного варьирования частот аллелей в популяции - дрейфа генов.


1. Название

Название "эффект горловины популяции" связана с одним из способов отображения численности популяций. Если схематично изобразить численность популяции в один момент времени в виде горизонтальной полоски или эллипсу, а численность в следующие моменты - таким же образом, но на пропорциональную величину над первым изображением, то случаи резкого снижения численности будут выглядеть, как сужение рисунка в верхней части - подобно горловины (шейки) бутылки.

2. Эффект горловины популяции в реальных популяциях

Прохождение через "горлышко бутылки" характерно для популяций многих видов насекомых, которые резко сокращают численность в осенне-весенний период. В частности, популяции Drosophila melanogaster резко сокращают численность зимой и ежегодно восстанавливают размер в летний период. Такие сокращения численности приводят к существенным сдвигам в частотах исследуемых генетических маркеров. В случае восстановления численности видов, находящихся на грани вымирания, так же происходит снижение генетического разнообразия, обусловлено горловины популяции.


3. Эффект горловины популяции в эволюции человека

Эволюционный биолог Ричард Докинз утверждает, что человеческая митохондриальная ДНК (наследуемой только от матери) и Y-хромосомная ДНК (получаемая только от отца) указывают на наличие одного предка около 140 тыс. и 60 тыс. лет назад соответственно. Иначе говоря, предки всех живущих людей сугубо по женской линии происходят от одной женщины (которую называют "митохондриальной Евой", которая жила около 140 тыс. лет назад. А чисто по мужской линии все люди произошли от одного-единственного человека (т.н. . "Y-хромосомного Адама", жившего около 60 -90 тыс. лет назад [1]

Впрочем, такое восхождение к одному предку является генетически ожидаемым событием и само по себе еще не говорит о прохождении популяции через эффект горловины популяции, поскольку митохондриальная ДНК и Y-хромосомная ДНК является лишь небольшой и нетипичной частью всего генома. Их нетипичность заключается в том, что они передаются исключительно через мать или через отца соответственно. Вместе с тем большинство генов генома наследуется или от матери или от отца, поэтому их можно отслеживать обратно в прошлое с любой из этих линий [2]. Исследования многих (но не большинства) генов также демонстрировали аналогичные восхождение между 2 млн. и 60 тыс. лет назад, тем самым опровергнув гипотезу о более близкой к нам по времени острую генетическую горлышко бутылки (т.е. гипотезу о единой репродуктивную пару). [3] [ 1]

Эти данные согласуются с теорией катастрофы Тоба, согласно которой в популяционной истории человечества около 70 тыс. лет назад имел место эффект горловины популяции, из-за которых численность популяции сократилась примерно до 15 тыс. особей. Произошло это в результате извержения надвулкану Тоба на Суматре ( Индонезия), который нанес большой вред окружающей среде. Эта теория опирается на геологические следы резкого изменения климата, а также на факты восхождение некоторых генов (среди них митохондриальная ДНК, Y-хромосомная ДНК и некоторые гены ядра). [4] и на относительно низкий показатель генетического разнообразия внутри человеческой популяции [1]

В противовес теории катастрофического экологического изменения в 2000 году в журнале "Molecular Biology and Evolution" появилась статья, в которой ограничена генетическое разнообразие объясняется "затяжным эффектом горловины популяции" [5]. Эти взгляды согласуются с предположением о том, что в Субсахарской Африке численность людей на протяжении порядка 100 тыс. лет время от времени снижалась до 2000 особей, а затем начала заново расти в течение позднего палеолита [6].



Литература

  1. а б в Dawkins, Richard (2004). The Ancestor's Tale, A Pilgrimage to the Dawn of Life. Boston: Houghton Mifflin Company
  2. Dawkins, Richard (1995). River Out of Eden. New York: Basic Books
  3. 'Templeton tree' showing coalescence points of different genes
  4. Late Pleistocene human population bottlenecks, volcanic winter, and differentiation of modern humans by Stanley H. Ambrose
  5. Population Bottlenecks and Pleistocene Human Evolution
  6. BBC news: Human line 'nearly split in two'
  1. Голубовский М.Д., Иванов Ю.Н., Захаров И.К., Берг Р.Л. Исследование синхронных и параллельных изменений генофондов в природных популяциях плодовых мух Drosophila melanogaster / / Генетика. 1974. Т. 10. № 4. С. 72-83.
  2. Кайданов Л. С. Генетика популяций - М.: Высшая школа 1996. 320 с
Эволюционные процессы
Механизмы генетики популяций
Современные концепции
Видообразование
История эволюционных взглядов
Другие области


ДНК Это незавершенная статья генетики.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.


ДНК Это незавершенная статья эволюционной биологии.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.