Халық санының күрт азаюының әртүрлілігі мен тұрақтылығына әсері
Population bottleneck
Тұқымдық тартылу: популяция мөлшерінің күрт төмендеуі гендік әртүрлілікті азайтады, төзімділікті төмендетеді. Экологиялық факторлар мен адам әрекеттері себебі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Халықтың санының күрт азаюының халықтың әртүрлілігі мен тұрақтылығына әсері
Effects of a sharp reduction in numbers on the diversity and robustness of a population
Халықтың тарылуы немесе генетикалық тарылу – ашаршылық, жер сілкінісі, су тасқыны, өрт, ауру, құрғақшылық сияқты қоршаған ортадағы оқиғалар немесе геноцид, түрлерді құрту, кең таралған зорлық-зомбылық немесе қасақана қыру сияқты адамның әрекеттері салдарынан халықтың мөлшерінің күрт төмендеуі. Мұндай оқиғалар халықтың гендік қорындағы айырмашылықты азайтуы мүмкін; содан кейін гендік әртүрлілігі төмендеген, болашақ ұрпақтарға гендерді жеткізуге қабілетті кішірек халық қалды. Генетикалық әртүрлілік төмен деңгейде қалады, тек басқа халықтан гендер ағыны болғанда ғана немесе кездейсоқ мутациялардың пайда болуымен өте баяу уақыт өте келе артады. Бұл халықтың тұрақтылығын және климаттың өзгеруі немесе қол жетімді ресурстардың өзгеруі сияқты қоршаған ортаның өзгеруіне бейімделу және тірі қалу қабілетін төмендетеді. Егер тарылудан аман қалғандар ең жақсы генетикалық бейімділікке ие болса, гендік қорындағы бейімді гендердің жиілігі артады, ал гендік қорының өзі азаяды. Халықтың тарылуынан туындаған генетикалық дрейф аллельдердің пропорционалды, кездейсоқ таралуын өзгерте алады және тіпті аллельдердің жоғалуына әкелуі мүмкін. Ішкі көсемсоқ және генетикалық біртектілік мүмкіндігі артады, бұл ішкі көсемсоқ депрессиясына әкелуі мүмкін. Халықтың аз саны зиянды мутациялардың жиналуына да себеп болуы мүмкін. Халықтың тарылуы консервациялық биологияда (қараңыз: ең төменгі тірі қалуға қабілетті халық мөлшері) және ауыл шаруашылығында (биологиялық және зиянкестермен күресу) маңызды рөл атқарады.
A population bottleneck or genetic bottleneck is a sharp reduction in the size of a population due to environmental events such as famines, earthquakes, floods, fires, disease, and droughts; or human activities such as genocide, speciocide, widespread violence or intentional culling. Such events can reduce the variation in the gene pool of a population; thereafter, a smaller population, with a smaller genetic diversity, remains to pass on genes to future generations of offspring. Genetic diversity remains lower, increasing only when gene flow from another population occurs or very slowly increasing with time as random mutations occur. This results in a reduction in the robustness of the population and in its ability to adapt to and survive selecting environmental changes, such as climate change or a shift in available resources. Alternatively, if survivors of the bottleneck are the individuals with the greatest genetic fitness, the frequency of the fitter genes within the gene pool is increased, while the pool itself is reduced. The genetic drift caused by a population bottleneck can change the proportional random distribution of alleles and even lead to loss of alleles. The chances of inbreeding and genetic homogeneity can increase, possibly leading to inbreeding depression. Smaller population size can also cause deleterious mutations to accumulate. Population bottlenecks play an important role in conservation biology (see minimum viable population size) and in the context of agriculture (biological and pest control).
Өмір сүру мүмкіндігі бар популяцияның ең төменгі мөлшері
Қорғау биологиясында ең төменгі тірі қалуға қабілетті популяция (МТҚП) мөлшері, популяцияның жойылу қаупі төнген кезде тиімді популяция мөлшерін анықтауға көмектеседі. Популяцияның тарылуының салдары көбінесе тарылудан кейін қалған жекелеген ағзалардың санына және оның ең төменгі тірі қалуға қабілетті популяция мөлшерімен салыстырылуына байланысты болады.
In conservation biology, minimum viable population (MVP) size helps to determine the effective population size when a population is at risk for extinction. The effects of a population bottleneck often depend on the number of individuals remaining after the bottleneck and how that compares to the minimum viable population size.
Құрылтайшы әсерлері
Біршама өзгеше түріндегі мойынбұғау (bottleneck) шағын топ негізгі популяциядан көбеюге қабілетті (мысалы, географиялық) жағынан оқшауланған жағдайда пайда болуы мүмкін, мысалы, бастамашыл оқиға арқылы – бір түрдің бірнеше өкілі жаңа, оқшау аралды табысты мекендегенде немесе жануарлар бағы сияқты шағын тұтқындықтағы өсіру бағдарламаларынан туындағанда. Басқа жағынан, жаулап алушы түрлер жаңа мекендеу аймағына енгізілген кезде бастамашыл оқиғалар нәтижесінде популяциялық мойынбұғауға ұшырауы мүмкін.
A slightly different form of bottleneck can occur if a small group becomes reproductively (e. g., geographically) separated from the main population, such as through a founder event, e. g., if a few members of a species successfully colonize a new isolated island, or from small captive breeding programs such as animals at a zoo. Alternatively, invasive species can undergo population bottlenecks through founder events when introduced into their invaded range.
Адамдар
1999 жылғы модельге сәйкес, ауыр популяциялық тарылу, немесе нақтырақ айтқанда, толыққанды түр пайда болу, 2 миллион жыл бұрын австралопитециналар тобының Homo erectus деп аталатын түрге өту кезінде болған. Homo erectus Жер бетінде пайда болғаннан бері қосымша тарылулар болған болуы мүмкін деп саналады, бірақ қазіргі археологиялық, палеонтологиялық және генетикалық деректер мұндай болжамды тарылулар туралы сенімді ақпарат беруге жеткіліксіз. Дегенмен, 2023 жылғы генетикалық талдау, шамамен 100 000-ден 1000-ға дейінгі адамның ата-тегін қамтитын популяциялық тарылуды "шамамен 930 000 және 813 000 жыл бұрын, шамамен 117 000 жылға созылып, адамның ата-тегін құрып кетуге жақын әкелгенін" анықтады. 2005 жылы Ратгерс университетінің зерттеуі Американың 1492 жылға дейінгі жергілікті халқының Азия мен Солтүстік Америка арасындағы құрлық көпірінен өткен 70 адамның ұрпағы екенін көрсетті. Неолиттік Y хромосомасының тарылуы б.з.д. 5000 жыл шамасында ерлер мен әйелдер арасындағы 1:17 қатынасымен көбейтілгенге тең деңгейге дейін Y хромосомасының әртүрлілігінің күрт төмендеуімен сипатталады. 2015 жылы жарияланған зерттеулер, тарылудың себебі еркектер санының азаюы емес, көбеюге қабілетті еркектердің үлесінің күрт төмендеуі екенін көрсетті.
According to a 1999 model, a severe population bottleneck, or more specifically a full fledged speciation, occurred among a group of Australopithecina as they transitioned into the species known as Homo erectus two million years ago. It is believed that additional bottlenecks must have occurred since Homo erectus started walking the Earth, but current archaeological, paleontological, and genetic data are inadequate to give much reliable information about such conjectured bottlenecks. Nonetheless, a 2023 genetic analysis discerned such a human ancestor population bottleneck of a possible 100,000 to 1000 individuals "around 930,000 and 813,000 years ago [which] lasted for about 117,000 years and brought human ancestors close to extinction." A 2005 study from Rutgers University theorized that the pre 1492 native populations of the Americas are the descendants of only 70 individuals who crossed the land bridge between Asia and North America. The Neolithic Y chromosome bottleneck refers to a period around 5000 BC where the diversity in the male y chromosome dropped precipitously, to a level equivalent to reproduction occurring with a ratio between men and women of 1:17. Discovered in 2015 the research suggests that the reason for the bottleneck was not a reduction in the number of males, but a drastic decrease in the percentage of males with reproductive success.
Тоба апаты теориясы
1990 жылдардың соңында және 2000 жылдардың басында ұсынылған даулы Тоба апаты теориясы, шамамен 75 000 жыл бұрын адам популяциясының тарылуын болжады. Индонезиядағы Тоба супервулканының жарылуы салдарынан үлкен экологиялық өзгерістер орын алып, адам популяциясының саны 10 000–30 000 адамға дейін кеміген болуы мүмкін деген пікір айтылды. Шымпанзелер, гориллалар, резус макакалары, орангутан және жолбарыстар арасында да ұқсас тарылулар болған деген болжамдар жасалды. Бұл гипотеза геологиялық деректерге, климаттың күрт өзгеруіне, сондай-ақ кейбір гендердің (митохондриялық ДНҚ, Y хромосомалық ДНҚ және кейбір ядролық гендер) бірігу деректеріне және адамдардағы генетикалық вариацияның салыстырмалы түрде төмен деңгейіне негізделген. 2000 жылы «Молекулалық биология және эволюция» журналында жарияланған мақалада, генетикалық вариацияның шектеулі болуын түсіндіру үшін, апатты экологиялық өзгерістерден гөрі, «ұзақ тарылу» немесе трансплантация моделі ұсынылды.
The controversial Toba catastrophe theory, presented in the late 1990s to early 2000s, suggested that a bottleneck of the human population occurred approximately 75,000 years ago, proposing that the human population was reduced to perhaps 10,000–30,000 individuals when the Toba supervolcano in Indonesia erupted and triggered a major environmental change. Parallel bottlenecks were proposed to exist among chimpanzees, gorillas, rhesus macaques, orangutans and tigers. The hypothesis was based on geological evidence of sudden climate change and on coalescence evidence of some genes (including mitochondrial DNA, Y chromosome DNA and some nuclear genes) and the relatively low level of genetic variation in humans. In 2000, a Molecular Biology and Evolution paper suggested a transplanting model or a 'long bottleneck' to account for the limited genetic variation, rather than a catastrophic environmental change.
Селективті селекциялау
Шалқымалық жағдай таза тұқымды жануарлар арасында да кездеседі (мысалы, иттер мен мысықтар: пугтар, парсы мысықтары), себебі селекционерлер олардың сыртқы түрі мен мінез-құлқы үшін гендік қорын бірнеше (көзге көрінетін, жарыс жеңімпаздары) жануармен шектейді. Басқаларын ескермей, тек қана жақсы жануарларды кеңінен пайдалану нәтижесінде "күшті әке" эффектісі пайда болуы мүмкін. Иттердің селекциялық өсіруі нәсілге тән генетикалық тартылуға алып келді. Бұл тартылулар иттердің сұр қасқырларға қарағанда орташа есеппен 2-3%-ға артық генетикалық жүктемеге ие болуына себеп болды. Қатаң селекциялық бағдарламалар мен популяцияның тарылуы жүрек аурулары, соқырлық, қатерлі ісіктер, жамбас дисплазиясы және катаракта сияқты аурулардың кең таралуына әкелді. Көптеген егістік дақылдарының генетикалық әртүрлілігінің төмендеуі жаңа аурулар мен зиянкестерге осалдықты арттырады, бұл жаһандық азық-түлік қауіпсіздігіне қауіп тудырады.
Bottlenecks also exist among pure bred animals (e. g., dogs and cats: pugs, Persian) because breeders limit their gene pools by a few (show winning) individuals for their looks and behaviors. The extensive use of desirable individual animals at the exclusion of others can result in a popular sire effect. Selective breeding for dog breeds caused constricting breed specific bottlenecks. These bottlenecks have led to dogs having an average of 2–3% more genetic loading than gray wolves. The strict breeding programs and population bottlenecks have led to the prevalence of diseases such as heart disease, blindness, cancers, hip dysplasia, and cataracts. This reduced genetic diversity in many crops could lead to broader susceptibility to new diseases or pests, which threatens global food security.
Өсімдіктер
Зерттеулер Wollemi қарағайының (Wollemia nobilis) геномында өте төмен, тіпті анықталмайтын генетикалық әртүрлілік бар екенін көрсетті. IUCN 2011 жылы 80 ересек жеке және 300-ге жуық көшеттер мен жас өсімдіктерден тұратын популяцияны анықтады, ал бұрын Wollemi қарағайының жабайы табиғатта 50-ден аз жекесі болған. Аз популяция мөлшері және төмен генетикалық әртүрлілік Wollemi қарағайының қатаң популяциялық тартылыстан өткенін көрсетеді. 1970 жылдары қорғау шаралары арқылы жойылу қаупі төніп тұрған Мауна-Кеа күміс қылышының (Argyroxiphium sandwicense ssp. sandwicense) популяциялық тартылысы жасалды. Күміс қылышының шағын табиғи популяциясы 1970 жылдары сырттан әкелінген өсімдіктермен толықтырылды. Сырттан әкелінген күміс қылыш өсімдіктерінің барлығы тек екі аналық ата-анадан тараған бірінші немесе кейінгі ұрпақ екені анықталды. Сырттан әкелінген жекелердегі полиморфты локустардың аз саны популяциялық тартылысқа алып келді, нәтижесінде сегіз локустағы маркерлік аллель жоғалып кетті.
Research showed that there is incredibly low, nearly undetectable amounts of genetic diversity in the genome of the Wollemi pine (Wollemia nobilis). The IUCN found a population count of 80 mature individuals and about 300 seedlings and juveniles in 2011, and previously, the Wollemi pine had fewer than 50 individuals in the wild. The low population size and low genetic diversity indicates that the Wollemi pine went through a severe population bottleneck. A population bottleneck was created in the 1970s through the conservation efforts of the endangered Mauna Kea silversword (Argyroxiphium sandwicense ssp. sandwicense). The small natural population of silversword was augmented through the 1970s with outplanted individuals. All of the outplanted silversword plants were found to be first or subsequent generation offspring of just two maternal founders. The low amount of polymorphic loci in the outplanted individuals led to the population bottleneck, causing the loss of the marker allele at eight of the loci.