Úzké místo v populaci - Population bottleneck

Úzké místo v populaci, po kterém následuje obnova nebo zánik

Populační zúžení nebo genetické zúžení je výrazné snížení velikosti populace v důsledku environmentálních akcí, jako jsou hladomory, zemětřesení, záplavy, požáry, choroby a sucha nebo lidskou činností, jako je specicide, rozšířené násilí nebo úmyslné porážce a lidské populace plánování . Takové události mohou omezit variace v genofondu populace; poté, menší populace, s menší genetickou diverzitou , zbývá předat geny pro budoucí generace z potomků prostřednictvím pohlavního rozmnožování . Genetická rozmanitost zůstává nižší, zvyšuje se pouze tehdy, když dochází k toku genů z jiné populace, nebo se velmi pomalu zvyšuje s časem, jak dochází k náhodným mutacím . To má za následek snížení robustnosti populace a její schopnosti přizpůsobit se a přežít výběr environmentálních změn, jako je změna klimatu nebo posun v dostupných zdrojích. Alternativně, pokud přeživšími zúžením jsou jedinci s největší genetickou zdatností , frekvence fitterových genů v genofondu se zvýší, zatímco fond sám se sníží.

Genetický drift způsobená populačního zúžení může měnit proporcionální náhodné rozložení alel a dokonce vést ke ztrátě alel . Šance na inbreeding a genetickou homogenitu se mohou zvýšit, což může vést k inbreedingové depresi . Menší velikost populace může také způsobit hromadění škodlivých mutací.

Úzká místa populace hrají důležitou roli v biologii ochrany (viz minimální životaschopná velikost populace ) a v kontextu zemědělství (biologická a kontrola škůdců ).

Vědci byli svědky zúžení populace u amerických bizonů, kuřat prérijních, tuleňů severních, tuleňů zlatých a gepardů. Novozélandští černí červenka zažili úzké místo pěti jedinců, všech potomků jediné ženy. Genetici našli důkazy o minulých problémech pand, zlatých opic s nosem a lidí.

Minimální životaschopná velikost populace

V biologii ochrany pomáhá minimální velikost životaschopné populace (MVP) určit efektivní velikost populace, pokud je populace ohrožena vyhynutím . Účinky zúžení populace často závisí na počtu jednotlivců zbývajících po zúžení a na tom, jak se to srovnává s minimální životaschopnou velikostí populace.

Zakladatelské efekty

Mírně odlišná forma zúžení může nastat, pokud se malá skupina reprodukčně (např. Geograficky) oddělí od hlavní populace, například prostřednictvím události zakladatele , např. Pokud několik členů druhu úspěšně kolonizuje nový izolovaný ostrov nebo malé chovné programy v zajetí, jako jsou zvířata v zoo. Invazivní druhy mohou alternativně procházet úzkými místy populace prostřednictvím zakladatelských událostí, když jsou zavedeny do svého napadeného dosahu.

Příklady

Lidé

Podle modelu z roku 1999 došlo u skupiny Australopithecina , když před dvěma miliony let přešli k druhu známému jako Homo erectus , vážné zúžení populace, nebo konkrétněji plnohodnotná speciace . Předpokládá se, že od doby, kdy Homo erectus začal chodit po Zemi, muselo dojít k dalším problémům , ale současné archeologické, paleontologické a genetické údaje nejsou dostatečné k tomu, aby poskytly mnoho spolehlivých informací o těchto domnělých problémových místech. To znamená, že nelze vyloučit možnost závažného nedávného zúžení celého druhu.

Studie z roku 2005 z Rutgers University se domníval, že pre 1492 nativní populace těchto Americas jsou potomci pouze 70 jedinců, kteří překročili zemní most mezi Asií a Severní Americe.

Teorie katastrofy Toba

Kontroverzní tobská katastrofa , představila v pozdní 1990 do počátku roku 2000, navrhl, že překážkou v lidské populaci došlo zhruba před 75000 roky, navrhuje, aby lidská populace byla snížena na možná 10,000-30,000 jednotlivců, když Toba supervolcano v Indonésii vybuchla a vyvolalo zásadní změnu prostředí. Bylo navrženo, aby paralelní překážky existovaly u šimpanzů , goril , makaků rhesus , orangutanů a tygrů . Hypotéza byla založena na geologických důkazech náhlé změny klimatu a na koalescenčních důkazech některých genů (včetně mitochondriální DNA , Y-chromozomové DNA a některých jaderných genů ) a relativně nízké úrovni genetických variací u lidí.

Následný výzkum, zejména v letech 2010, však vyvracel argument o klimatu i genetický argument. Nedávný výzkum ukazuje, že rozsah změny klimatu byl mnohem menší, než se domnívali zastánci teorie.

V roce 2000 navrhl dokument o molekulární biologii a evoluci model transplantace nebo „dlouhé překážky“, které by odpovídaly omezené genetické variabilitě, nikoli katastrofické změně prostředí. To by bylo v souladu s návrhy, že v subsaharské Africe mohly počty klesat někdy až na 2 000, možná až na 100 000 let, než se počty začaly v pozdní době kamenné opět rozšiřovat .

Ostatní zvířata

Rok Americký
bizon (est)
Před rokem 1492 60 000 000
1890 750
2000 360 000

Evropští bizoni , nazývaní také moudří (Bison bonasus), čelili na počátku 20. století vyhynutí. Všechna dnešní zvířata pocházejí z 12 jedinců a mají extrémně nízkou genetickou variabilitu, což může začínat ovlivňovat reprodukční schopnost býků.

Populace bizona amerického (Bison bison) klesla kvůli nadměrnému lovu, což téměř vedlo k vyhynutí kolem roku 1890, ačkoli se od té doby začalo zotavovat (viz tabulka).

Overhunting tlačil tuleň severní sloní na pokraj vyhynutí koncem 19. století. I když se vrátili, genetické variace v populaci zůstávají velmi nízké.

Klasickým příkladem zúžení populace je tuleň severní , jehož populace v 90. letech 19. století klesla na zhruba 30 osob. Přestože se nyní počítá na statisíce, potenciál úzkých míst v koloniích zůstává. Dominantní býci se dokážou pářit s největším počtem samic - někdy až 100. Vzhledem k tomu, že potomstvo kolonie pocházelo pouze z jednoho dominantního samce, je genetická rozmanitost omezená, což činí tento druh zranitelnějším vůči chorobám a genetickým mutacím. Zlatý křeček je podobně bottlenecked druhů, přičemž drtivá většina domestikovaných křečků pocházející z jednoho vrhu najdete v syrské poušti kolem roku 1930, a jen velmi málo divoké křečci zbývající.

Extrémním příkladem zúžení populace je novozélandský black robin , jehož každý dnešní exemplář je potomkem jediné samice, zvané Old Blue. Populace Black Robin se stále zotavuje ze svého nejnižšího bodu pouze pěti jedinců v roce 1980.

Genom z panda svědčí o závažné zúžení asi před 43.000 roky. Existují také důkazy o nejméně jednom druhu primátů, opici zlatého nosa , který v této době také trpěl zúžením. Existuje podezření, že neznámá environmentální událost způsobila úzká místa pozorovaná u obou těchto druhů. Úzká místa pravděpodobně způsobila nízkou genetickou rozmanitost pozorovanou u obou druhů.

Další skutečnosti lze někdy odvodit z pozorovaného úzkého hrdla populace. Mezi obřími želvami na Galapágách - které jsou vynikajícím příkladem úzkého místa - je poměrně velká populace na svazích sopky Alcedo výrazně méně rozmanitá než čtyři další populace želv na stejném ostrově. Analýzy DNA datují zúžení na zhruba 88 000 let před současností ( YBP ). Asi 100 000 YBP sopka prudce vybuchla a hluboce pohřbila většinu stanoviště želv do pemzy a popela.

Než Evropané dorazili do Severní Ameriky , prérie sloužily jako stanoviště pro větší prérijní kuřata . Jen v Illinois se počet větších prérijních kuřat propadl z více než 100 milionů v roce 1900 na zhruba 50 v roce 1990. Tyto poklesy populace byly důsledkem lovu a ničení stanovišť , ale náhodné důsledky také způsobily velkou ztrátu druhové rozmanitosti. Analýza DNA porovnávající ptáky z roku 1990 a poloviny století ukazuje na prudký genetický pokles v posledních desetiletích. Větší prérijní kuře je v současné době zažívá nízkou reprodukční úspěch.

Zúžení populace představuje velkou hrozbu také pro stabilitu populací druhů. Papilio homerus je největší motýl v Americe a je podle IUCN ohrožen. Zmizení centrální populace představuje velkou hrozbu zúžení populace. Zbývající dvě populace jsou nyní geograficky izolované a populace čelí nestabilní budoucnosti s omezenou zbývající příležitostí pro tok genů.

U gepardů existují genetická zúžení .

Selektivní chov

Úzká místa existují také u čistokrevných zvířat (např. U psů a koček : mopslíci , Peršané ), protože chovatelé omezují své genofondy několika (vítěznými) jedinci kvůli jejich vzhledu a chování. Rozsáhlé používání žádoucích individuálních zvířat s vyloučením ostatních může vést k oblíbenému otcovskému efektu .

Selektivní chov pro plemena psů způsobil zúžení úzkých míst konkrétních plemen. Tato úzká místa vedla k tomu, že psi měli v průměru o 2–3% větší genetickou zátěž než šedí vlci . Přísné šlechtitelské programy a úzká místa populace vedly k výskytu nemocí, jako jsou srdeční choroby, slepota, rakovina , dysplazie kyčle, šedý zákal a další.

Selektivní šlechtění za účelem produkce vysoce výnosných plodin způsobilo v těchto plodinách genetické překážky a vedlo ke genetické homogenitě. Tato snížená genetická rozmanitost v mnoha plodinách by mohla vést k širší náchylnosti k novým chorobám nebo škůdcům, což ohrožuje globální zabezpečení potravin.

Rostliny

Výzkum ukázal, že v genomu borovice Wollemi ( Wollemia nobilis ) je neuvěřitelně nízké, téměř nezjistitelné množství genetické rozmanitosti . IUCN zjistila v roce 2011 počet obyvatel 80 dospělých jedinců a asi 300 sazenic a mladistvých a dříve měla borovice Wollemi ve volné přírodě méně než 50 jedinců. Nízká velikost populace a nízká genetická rozmanitost naznačují, že borovice Wollemi prošla vážným úzkým hrdlem populace.

Úzkost populace byla vytvořena v 70. letech 20. století snahou o ochranu ohroženého stříbra Mauna Kea ( Argyroxiphium sandwicense ssp. Sandwicense ). Malá přirozená populace stříbra byla v sedmdesátých letech rozšířena o vysazené jedince. Bylo zjištěno, že všechny vysazené rostliny stříbra byly potomky první nebo následné generace pouze dvou mateřských zakladatelů. Nízké množství polymorfních lokusů u vysazených jedinců vedlo k zúžení populace, což způsobilo ztrátu alely markeru v osmi lokusech.

Viz také

Reference

externí odkazy