Velikost populace - Population size
V populační genetice a populační ekologii je velikost populace (obvykle označována N ) počtem jednotlivých organismů v populaci . Velikost populace je přímo spojena s množstvím genetického driftu a je základní příčinou účinků, jako jsou úzká místa populace a zakladatelský efekt. Genetický drift je hlavním zdrojem poklesu genetické rozmanitosti v populacích, který řídí fixaci a může potenciálně vést ke speciálním událostem.
Genetický drift
Z pěti podmínek nutných k udržení Hardy-Weinbergovy rovnováhy bude vždy porušena nekonečná velikost populace; to znamená, že vždy dochází k určitému stupni genetického driftu. Menší velikost populace vede ke zvýšenému genetickému driftu , o kterém se předpokládá, že poskytne těmto skupinám evoluční výhodu při získávání složitosti genomu. Alternativní hypotéza předpokládá, že zatímco genetický drift hraje větší roli v malých populacích, které vyvíjejí složitost, výběr je mechanismem, kterým velké populace rozvíjejí složitost.
Úzká místa populace a efekt zakladatele
Úzká místa v populaci nastávají, když se velikost populace na krátkou dobu zmenší, což sníží genetickou rozmanitost v populaci.
Zakladatel účinek nastane, když několik jedinců z většího počtu vytvořit novou populaci, a také snižuje genetické diverzity, a byl původně nastínil Ernst Mayr . Zakladatelský efekt je jedinečný případ genetického driftu, protože menší zakládající populace snížila genetickou rozmanitost, která bude rychleji přesouvat alely v populaci směrem k fixaci .
Modelování genetického driftu
Genetický drift je obvykle modelován v laboratorních prostředích pomocí bakteriálních populací nebo digitální simulace. V digitálních organismech generovaná populace prochází evolucí na základě různých parametrů, včetně diferenciální zdatnosti, variací a dědičnosti stanovené pro jednotlivé organismy.
Rozen a kol. použijte oddělené bakteriální kmeny na dvou různých médiích, jedno s jednoduchými složkami živin a druhé s živinami, které pomáhají populacím bakterií vyvinout větší heterogenitu. Byla také použita digitální simulace na základě návrhu bakteriálního experimentu s různými přiřazeními vhodnosti a efektivní velikosti populace srovnatelnými s použitými bakteriemi na základě označení malé i velké populace V rámci jednoduchého i složitého prostředí vykazovaly menší populace větší variabilitu populace než větší populace, které nevykazovaly žádnou významnou fitness rozmanitost. Menší populace zvýšily kondici a rychleji se adaptovaly ve složitém prostředí, zatímco velké populace se adaptovaly rychleji než malé populace v jednoduchém prostředí. Tato data ukazují, že důsledky zvýšené variability v rámci malých populací jsou závislé na prostředí: náročnější nebo složitější prostředí umožňují různorodost přítomnou v malých populacích poskytnout větší výhodu. Analýza ukazuje, že menší populace mají významnější úroveň zdatnosti z heterogenity ve skupině bez ohledu na složitost prostředí; ve složitějších prostředích se zvyšuje adaptivní reakce. Adaptace v asexuálních populacích také nejsou omezeny mutacemi, protože genetické variace v těchto populacích mohou pohánět adaptaci. Ačkoli malé populace mají tendenci čelit více výzvám kvůli omezenému přístupu k rozšířené prospěšné mutaci, adaptace v těchto populacích je méně předvídatelná a umožňuje populacím být plastičtější ve svých environmentálních reakcích. Je známo, že zvyšování kondice v průběhu času u malých asexuálních populací silně pozitivně koreluje s velikostí populace a rychlostí mutací a pravděpodobnost fixace prospěšné mutace nepřímo souvisí s velikostí populace a rychlostí mutací.
LaBar a Adami používají digitální haploidní organismy k posouzení různých strategií akumulace genomové složitosti. Tato studie prokázala, že drift i selekce jsou účinné u malých a velkých populací, ale že tento úspěch závisí na několika faktorech. Data z pozorování inzerčních mutací v tomto digitálním systému ukazují, že malé populace vyvíjejí větší velikosti genomu fixací škodlivých mutací a velké populace vyvíjejí větší velikosti genomu fixací prospěšných mutací. Bylo zaznamenáno, že malé populace mají výhodu v dosažení úplné genomové složitosti díky fenotypové složitosti řízené driftem. Když byly simulovány deleční mutace, pouze největší populace měly významnou kondiční výhodu. Tyto simulace ukazují, že menší populace fixují škodlivé mutace zvýšeným genetickým driftem. Tato výhoda je pravděpodobně omezena vysokou mírou vyhynutí. Větší populace vyvíjejí složitost prostřednictvím mutací, které zvyšují expresi konkrétních genů; odstranění škodlivých alel neomezuje vývoj složitějších genomů ve větších skupinách a velký počet inzerčních mutací, které vedly k prospěšným nebo nefunkčním prvkům v genomu, nebyl vyžadován. Když se deleční mutace vyskytují častěji, největší populace mají výhodu, která naznačuje, že větší populace mají obecně evoluční výhodu pro vývoj nových vlastností.
Kritická míra mutace
Míra kritické mutace neboli prahová hodnota chyby omezuje počet mutací, které mohou existovat v molekule, která se sama replikuje, než bude v pozdějších generacích zničena genetická informace.
Na rozdíl od zjištění z předchozích studií byla kritická míra mutací závislá na velikosti populace v haploidní i diploidní populaci. Když má populace méně než 100 jedinců, kritickou míru mutací lze překročit, ale povede to ke ztrátě genetického materiálu, což má za následek další pokles populace a pravděpodobnost vyhynutí. Tento „rychlostní limit“ je běžný v malých, přizpůsobených nepohlavních populacích a je nezávislý na rychlosti mutací.
Efektivní velikost populace ( N e )
Efektivní velikost populace ( N e ) je definován jako „počet chovné jedince v idealizovaného populace , které by ukázaly stejné množství disperze allele frekvencemi za náhodný genetický drift nebo stejné množství inbreeding jako populace v úvahu.“ N e je obvykle menší než N (absolutní velikosti populace), a to má důležité použití v ochranných genetiky .
Přelidnění může znamenat každý případ, kdy populace jakéhokoli druhu zvířete může překročit únosnost svého ekologického výklenku .