Эффект бутылочного горлышка

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Эффект бутылочного горлышка — сокращение численности популяции.

Эффект бутылочного горлышка — 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 вики-текст]

  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 вики-текст]

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 вики-текст]

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].

Ещё один пример — это шарпей. Сильнейший удар по китайским собакам, в том числе и шарпеям, нанесла Коммунистическая партия Китая, пришедшая к власти в конце 1940-х годов. Она сочла домашних животных роскошью и наложила на владельцев собак непомерно большие налоги. Позже Мао Цзэдун издал декрет, объявивший домашних животных символом бесполезности привилегированного класса, и приказал приступить к их массовому уничтожению — так во времена «Культурной революции» эта порода (наряду со всеми остальными) была почти полностью уничтожена[4]. К 1950 году было известно о существовании лишь нескольких помётов шарпеев на Тайване и в Аомыне (Макао). В 1965 году С. М. Чен вывел шарпея по кличке Лаки. Через год Лаки был приобретён заводчиком Германом Смитом и стал первым шарпеем, завезенным в США (до 1970 года собака не была зарегистрирована)[5], а за два последующих года в США были импортированы 5 собак. В 1971 году в журнале Dogs вышла статья о редких породах со снимком шарпея и подписью: «Возможно, это последний выживший представитель породы». Увидев эту статью, заводчик Матго Лоу обратился к американским любителям собак с просьбой о помощи в спасении шарпеев от вымирания и представил конкретный план возрождения породы. С 1970 по 1975 гг. небольшая группа людей разыскивала и покупала уцелевших собак, переправляя их в Гонконг для восстановления породы. Эти немногочисленные собаки и стали основоположниками китайского шарпея, распространившегося сегодня по всему миру. Поскольку существование породы оставалось под угрозой, выбирать особенно не приходилось, и нужно было использовать все хоть сколько-нибудь ценные кровные линии. В первых вязках участвовали собаки различных типов, как правило, без документированной родословной. В целях возвращения породе некоторого подобия оригинального типа шарпея прибегали к инбридингу. Публикация статьи Лоу вызвала более 2 000 запросов на приобретение шарпеев. При этом импортированные шарпеи сильно отличались от своих нынешних сородичей — прежде всего высоконогостью, изяществом, сухостью костяка и высотой в холке.

Человеческая популяция[править | править вики-текст]

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 тыс. чел. (по другим оценкам — до 26 тыс. человек)[6][7]. В 2008 году в журнале The American Journal of Human Genetics появилось предположение, что ок. 75 тыс. лет назад[8] после извержения супервулкана Тоба численность человеческой популяции сократилась до 2 тыс. человек[9][10]. Высказано мнение, что из африканской популяции людей, предковой для всего человечества, это событие пережило около 10 тыс. человек[11][12].

В технике[править | править вики-текст]

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 вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  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, стр. 225—227, ISBN 5-8183-0354-3
  3. The saiga saga (англ.)
  4. Д. Канлифф. Шар пей. — Москва: Аквариум-Принт, 2008. — ISBN 978-5-9934-0037-2.
  5. История породы // Собачья жизнь : журнал. — Минск, 2005. — № 10 (22).
  6. Повезло (Человечество несколько раз оказывалось на грани вымирания)
  7. Humans were once an endangered species
  8. 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
  9. The Dawn of Human Matrilineal Diversity
  10. Population bottlenecks and Pleistocene human evolution
  11. «Тоба не приложился к „бутылочному горлу“ человечества…». (Май 2013)
  12. 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»

Литература[править | править вики-текст]

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