Эффект бутылочного горлышка

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эффект бутылочного горлышка — сокращение численности популяции

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]

  1. Первоначально популяция имеет большое генетическое разнообразие, вследствие своей многочисленности, благоприятных условий окружающей среды и широкого ареала.
  2. Популяция вымирает, её численность сокращается до нескольких 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.
  3. 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]

Самка гепарда с детёнышем

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].

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]

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]

  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. Мортон Дженкинс «101 ключевая идея: Эволюция», М., ФАИР-ПРЕСС, 2001, с. 225—227, ISBN 5-8183-0354-3.
  3. The saiga saga (англ.).
  4. Повезло (Человечество несколько раз оказывалось на грани вымирания)
  5. Humans were once an endangered species
  6. 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
  7. The Dawn of Human Matrilineal Diversity
  8. Population bottlenecks and Pleistocene human evolution
  9. «Тоба не приложился к „бутылочному горлу“ человечества…». (Май 2013)
  10. 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»
  11. Объяснено загадочное вымирание мужчин.
  12. 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.
  13. 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]

  1. Кайданов Л. З. Генетика популяций. — М.: Высшая школа, 1996. — 320 с.