Эффект бутылочного горлышка
Эффе́кт «буты́лочного го́рлышка» — сокращение генофонда (то есть генетического разнообразия) популяции вследствие прохождения периода, во время которого по различным причинам происходит критическое уменьшение её численности, в дальнейшем восстановленное. Сокращение генетического разнообразия приводит к изменению относительных и абсолютных частот аллелей генов, поэтому данный эффект рассматривается в числе факторов эволюции.
Периоды в истории популяции[править | править код]
- Первоначально популяция имеет большое генетическое разнообразие вследствие своей многочисленности, благоприятных условий окружающей среды и широкого ареала.
- Популяция вымирает, её численность сокращается до незначительного числа особей. Генофонд обедняется. Снижение численности популяции может происходить периодически (в связи с ежегодным наступлением сезона, неблагоприятного для поддержания численности популяции) или единовременно — в результате катастроф.
- Численность популяции снова возрастает, но генетическое разнообразие не восстанавливается. Создаются условия для случайного варьирования частот аллелей в популяции — дрейфа генов. Также малые популяции подвержены инбридингу.
Наглядное отображение[править | править код]
Название «эффект бутылочного горлышка» наглядно демонстрирует один из способов отображения численности популяции. Если схематически изобразить численность популяции в один момент времени в виде горизонтальной полоски или эллипса, а численность в последующие моменты — таким же образом, но на пропорциональную величину выше над первым изображением, то случаи резкого снижения численности будут выглядеть, как сужения рисунка в верхней части, что графически подобно горлышку бутылки.
Эффект бутылочного горлышка в реальных популяциях[править | править код]
Прохождение через «бутылочное горлышко» характерно для популяций многих видов насекомых, резко сокращающих численность в осенне-весенний период. В частности, популяции Drosophila melanogaster на территории России и ближнего зарубежья резко сокращают численность зимой и ежегодно восстанавливают размер в летний период. Такие сокращения численности приводят к существенным сдвигам в частотах изучаемых генетических маркеров[1]. В случае восстановления численности видов, находившихся на грани вымирания, также происходит снижение генетического разнообразия, обусловленное эффектом бутылочного горлышка.
Год | Популяция американского бизона |
---|---|
до 1492 | 60 000 000 особей |
1890 | 750 особей |
2000 | 360 000 особей |
Классическим примером действия эффекта является популяция гепардов. С использованием современных методов генетического анализа было установлено, что гепарды обладают очень малым генетическим разнообразием (предполагается, что в результате какой-то катастрофы выжила лишь одна пара особей). Недостаток генетического разнообразия поставил данный вид на грань вымирания. В настоящее время численность гепардов продолжает падать и насчитывает менее 20 тысяч особей. Эффект бутылочного горлышка сказался на жизнеспособности всего вида: у гепардов повышенная чувствительность к болезням и различные отклонения, приводящие к снижению плодовитости[2].
Современный пример действия эффекта бутылочного горлышка — популяция сайгака. Численность сайгака сократилась на 95 % от приблизительно 1 миллиона в 1990 году до менее чем 30 000 в 2004, главным образом по причинам браконьерства для нужд традиционной китайской медицины[3].
Человеческая популяция[править | править код]
Согласно данным, опубликованным в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, около 1,2 млн лет назад численность человеческой популяции сократилась до 18,5 тысяч человек (по другим оценкам — до 26 тысяч человек)[4][5].
В 2008 году в журнале The American Journal of Human Genetics появилось предположение, что около 75 000 лет назад[6] после извержения супервулкана Тоба численность человеческой популяции сократилась до 2 тысяч человек[7][8]. Высказано мнение, что из африканской популяции людей, предковой для всего человечества, это событие пережило около 10 тысяч человек[9][10].
Учёные Стэнфордского университета на основании анализа Y-хромосом также обнаружили, что человеческая популяция прошла через очередное «бутылочное горлышко» примерно в 5000—3000 годы до нашей эры[11]. Существуют предположения, что причиной этого могут быть первые в истории масштабные войны либо социальная картина, при которой род продолжали лишь небольшие группы привилегированных мужчин. Это также повлекло значительное сокращение разнообразия Y-хромосомы.
Остров Пингелап (Федеративные Штаты Микронезии) примечателен тем, что полной цветовой слепотой страдает значительная часть его жителей. Это связывают с эффектом бутылочного горлышка: после катастрофического тайфуна 1775 года и последовавшего за ним голода на острове выжило лишь около 20 человек, а один из них был носителем соответствующего гена[12][13].
В технике[править | править код]
В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Применяется для выращивания монокристаллов методом зонной плавки: на кристалле делают сужение, через которое прорастает небольшая доля кристаллитов ввиду конкуренции между кристаллитами. Повторив несколько раз, можно добиться того, что останется только один кристаллит, получив таким образом монокристалл.
См. также[править | править код]
Примечания[править | править код]
- ↑ 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.
- ↑ Мортон Дженкинс «101 ключевая идея: Эволюция», М., ФАИР-ПРЕСС, 2001, с. 225—227, ISBN 5-8183-0354-3.
- ↑ The saiga saga (англ.).
- ↑ Повезло (Человечество несколько раз оказывалось на грани вымирания) . Дата обращения: 26 октября 2014. Архивировано 4 марта 2021 года.
- ↑ Humans were once an endangered species . Дата обращения: 26 октября 2014. Архивировано 3 мая 2015 года.
- ↑ Christine S. Lane, Ben T. Chorn, Thomas C. Johnson. Ash from the Toba supereruption in Lake Malawi shows no volcanic winter in East Africa at 75 ka // PNAS April 29, 2013 . Дата обращения: 23 апреля 2016. Архивировано 29 октября 2013 года.
- ↑ The Dawn of Human Matrilineal Diversity . Дата обращения: 26 октября 2014. Архивировано 29 октября 2021 года.
- ↑ Population bottlenecks and Pleistocene human evolution . Дата обращения: 26 октября 2014. Архивировано 7 июля 2009 года.
- ↑ «Тоба не приложился к „бутылочному горлу“ человечества…». (Май 2013) . Дата обращения: 28 июля 2016. Архивировано 24 сентября 2019 года.
- ↑ Christine S. Lane, Ben T. Chorn, Thomas C. Johnson. (2013). «Ash from the Toba supereruption in Lake Malawi shows no volcanic winter in East Africa at 75 ka» . Дата обращения: 23 апреля 2016. Архивировано 29 октября 2013 года.
- ↑ Объяснено загадочное вымирание мужчин. Дата обращения: 4 июня 2018. Архивировано 1 июня 2018 года.
- ↑ Morton, N.E.; Hussels, I.E.; Lew, R.; Little, G.F. (1972). "Pingelap and Mokil Atolls: historical genetics". American Journal of Human Genetics. 24 (3): 277—289. PMC 1762283. PMID 4537352.
- ↑ Hussels, I.E.; Mortons, N.E. (1972). "Pingelap and Mokil Atolls: achromatopsia". American Journal of Human Genetics. 24 (3): 304—309. PMC 1762260. PMID 4555088.
Литература[править | править код]
- Кайданов Л. З. Генетика популяций. — М.: Высшая школа, 1996. — 320 с.