Befolkningsflaskhals
En befolkningsflaskhals eller genetisk flaskhals är en kraftig minskning av storleken på en befolkning på grund av miljöhändelser som svält, jordbävningar, översvämningar, bränder, sjukdomar och torka ; eller mänskliga aktiviteter som specicid, utbrett våld eller avsiktlig utrotning och planering av mänsklig befolkning . Sådana händelser kan minska variationen i en populations genpool ; därefter återstår en mindre population, med en mindre genetisk mångfald , för att vidarebefordra gener till framtida generationer av avkommor genom sexuell reproduktion . Den genetiska mångfalden förblir lägre, ökar endast när genflödet från en annan population inträffar eller ökar mycket långsamt med tiden när slumpmässiga mutationer inträffar. [ självpublicerad källa ] Detta resulterar i en minskning av befolkningens robusthet och i dess förmåga att anpassa sig till och överleva valda miljöförändringar, såsom klimatförändringar eller en förändring av tillgängliga resurser. Alternativt, om överlevande av flaskhalsen är de individer med den största genetiska konditionen , ökar frekvensen av de bättre generna i genpoolen, medan själva poolen minskas.
Den genetiska driften som orsakas av en populationsflaskhals kan förändra den proportionella slumpmässiga fördelningen av alleler och till och med leda till förlust av alleler . Chanserna för inavel och genetisk homogenitet kan öka, vilket kan leda till inavelsdepression . Mindre populationsstorlek kan också orsaka att skadliga mutationer ackumuleras.
Befolkningsflaskhalsar spelar en viktig roll i bevarandebiologi (se minsta livskraftiga populationsstorlek ) och i samband med jordbruk (biologisk och skadedjursbekämpning ).
Forskare har sett flaskhalsar hos amerikansk bison, större präriehöns, nordliga elefantsälar, guldhamstrar och geparder. Nya Zeelands svarta rödhakar upplevde en flaskhals av fem individer, alla ättlingar till en enda hona. Genetiker har hittat bevis för tidigare flaskhalsar hos pandor, gyllene snubbnosade apor och människor.
Minsta livskraftiga befolkningsstorlek
Inom bevarandebiologi hjälper den minsta livskraftiga populationen (MVP) storleken till att bestämma den effektiva populationsstorleken när en population är i riskzonen för utrotning . Effekterna av en populationsflaskhals beror ofta på antalet individer som finns kvar efter flaskhalsen och hur det jämförs med den lägsta livskraftiga populationsstorleken.
Grundareffekter
En något annorlunda form av flaskhals kan uppstå om en liten grupp blir reproduktivt (t.ex. geografiskt) separerad från huvudpopulationen, till exempel genom en grundarhändelse, t.ex. om några medlemmar av en art framgångsrikt koloniserar en ny isolerad ö, eller från små uppfödningsprogram i fångenskap som djur i en djurpark. Alternativt invasiva arter genomgå populationsflaskhalsar genom grundarhändelser när de introduceras i deras invaderade utbredningsområde.
Exempel
Människor
Enligt en modell från 1999 inträffade en allvarlig populationsflaskhals, eller mer specifikt en fullfjädrad art , bland en grupp av Australopithecina när de övergick till arten känd som Homo erectus för två miljoner år sedan. Man tror att ytterligare flaskhalsar måste ha inträffat sedan Homo erectus började vandra på jorden, men aktuella arkeologiska, paleontologiska och genetiska data är otillräckliga för att ge mycket tillförlitlig information om sådana förmodade flaskhalsar. Som sagt, möjligheten av en allvarlig nyligen artövergripande flaskhals kan inte uteslutas.
En studie från 2005 från Rutgers University teoretiserade att de pre- 1492 infödda befolkningarna i Amerika är ättlingar till endast 70 individer som korsade landbron mellan Asien och Nordamerika.
Toba katastrofteori
Den kontroversiella Toba-katastrofteorin , som presenterades i slutet av 1990-talet till början av 2000-talet, föreslog att en flaskhals av den mänskliga befolkningen inträffade för ungefär 75 000 år sedan, och föreslog att den mänskliga befolkningen reducerades till kanske 10 000–30 000 individer när Toba- supervulkanen fick ett utbrott i Indonesien utlöste en stor miljöförändring. Parallella flaskhalsar föreslogs finnas bland schimpanser , gorillor , rhesusmakaker , orangutanger och tigrar . Hypotesen baserades på geologiska bevis för plötsliga klimatförändringar och på koalescensbevis för vissa gener (inklusive mitokondrie-DNA , Y-kromosom-DNA och vissa nukleära gener ) och den relativt låga nivån av genetisk variation hos människor.
Efterföljande forskning, särskilt på 2010-talet, verkade dock motbevisa både klimatargumentet och det genetiska argumentet. Ny forskning visar att omfattningen av klimatförändringarna var mycket mindre än vad förespråkarna för teorin trodde.
År 2000 föreslog ett dokument om molekylärbiologi och evolution en transplantationsmodell eller en "lång flaskhals" för att ta hänsyn till den begränsade genetiska variationen, snarare än en katastrofal miljöförändring. Detta skulle stämma överens med förslag om att antalet i Afrika söder om Sahara kunde ha sjunkit ibland så lågt som 2 000, kanske så länge som 100 000 år, innan antalet började expandera igen under den sena stenåldern .
Andra djur
| År |
Amerikansk bison (est) |
|---|---|
| Före 1492 | 60 000 000 |
| 1890 | 750 |
| 2000 | 360 000 |
Europeisk bison , även kallad wisent (Bison bonasus), stod inför utrotning i början av 1900-talet. Djuren som lever idag härstammar alla från 12 individer och de har extremt låg genetisk variation, vilket kan börja påverka tjurarnas reproduktionsförmåga.
Befolkningen av amerikansk bison (Bison bison) minskade på grund av överjakt, vilket nästan ledde till utrotning runt år 1890, även om det sedan dess har börjat återhämta sig (se tabell).
Ett klassiskt exempel på en populationsflaskhals är den för den nordliga elefantsälen, vars population sjönk till cirka 30 på 1890-talet. Även om det nu uppgår till hundratusentals kvarstår potentialen för flaskhalsar inom kolonier. Dominanta tjurar kan para sig med det största antalet honor – ibland så många som 100. Med så mycket av en kolonis avkomma som härstammar från bara en dominerande hane, är den genetiska mångfalden begränsad, vilket gör arten mer sårbar för sjukdomar och genetiska mutationer.
Guldhamstern är en art med liknande flaskhalsar, med den stora majoriteten av domesticerade hamstrar härstammar från en enda kull som hittades i den syriska öknen runt 1930 , och mycket få vilda guldhamstrar finns kvar.
Ett extremt exempel på en flaskhals i befolkningen är den svarta rödhaken från Nya Zeeland , av vilken varje exemplar idag är en ättling till en enda hona, kallad Old Blue. Black Robin-populationen återhämtar sig fortfarande från sin lägsta punkt på endast fem individer 1980.
Jättepandans arvsmassa visar bevis på en allvarlig flaskhals för cirka 43 000 år sedan . Det finns också bevis på minst en primatart, den gyllene snubbnäsapan , som också led av en flaskhals vid denna tid. En okänd miljöhändelse misstänks ha orsakat de observerade flaskhalsarna hos båda dessa arter. Flaskhalsarna orsakade sannolikt den låga genetiska mångfalden som observerats i båda arterna.
Andra fakta kan ibland utläsas från en observerad befolkningsflaskhals. Bland Galápagosöarnas jättesköldpaddor – i sig själva ett utmärkt exempel på en flaskhals – är den jämförelsevis stora populationen på sluttningarna av Alcedo-vulkanen betydligt mindre varierad än fyra andra sköldpaddspopulationer på samma ö. DNA-analyser daterar flaskhalsen till cirka 88 000 år före nutid ( YBP ). Omkring 100 000 YBP vulkanen ett våldsamt utbrott och begravde mycket av sköldpaddans livsmiljö djupt i pimpsten och aska.
Innan européer anlände till Nordamerika fungerade prärier som livsmiljöer för större präriehöns . Bara i Illinois rasade antalet större präriekycklingar från över 100 miljoner år 1900 till cirka 50 år 1990. Dessa befolkningsminskningar var resultatet av jakt och förstörelse av livsmiljöer , men de slumpmässiga konsekvenserna har också orsakat en stor förlust av arternas mångfald. DNA-analys som jämför fåglarna från 1990 och mitten av seklet visar en kraftig genetisk nedgång under de senaste decennierna. Den större präriekycklingen upplever för närvarande låg reproduktionsframgång. [ opålitlig källa? ]
Befolkningsflaskhalsar utgör också ett stort hot mot stabiliteten hos artpopulationer. Papilio homerus är den största fjärilen i Amerika och är hotad enligt IUCN . Försvinnandet av en central befolkning utgör ett stort hot om befolkningsflaskhals. De återstående två populationerna är nu geografiskt isolerade och populationerna står inför en instabil framtid med begränsade återstående möjligheter till genflöde.
Genetiska flaskhalsar finns hos geparder .
Selektiv avel
Flaskhalsar finns också bland renrasiga djur (t.ex. hundar och katter : mopsar , perser ) eftersom uppfödare begränsar sina genpooler med ett fåtal (utställningsvinnande) individer för deras utseende och beteende. Den omfattande användningen av önskvärda enskilda djur med uteslutande av andra kan resultera i en populär fadereffekt .
Selektiv avel för hundraser orsakade sammandragande rasspecifika flaskhalsar. Dessa flaskhalsar har lett till att hundar har i genomsnitt 2–3 % mer genetisk belastning än gråvargar . De strikta avelsprogrammen och populationsflaskhalsarna har lett till förekomsten av sjukdomar som hjärtsjukdomar, blindhet, cancer , höftledsdysplasi och grå starr.
Selektiv förädling för att producera högavkastande grödor har orsakat genetiska flaskhalsar i dessa grödor och har lett till genetisk homogenitet. Denna minskade genetiska mångfald i många grödor kan leda till en bredare mottaglighet för nya sjukdomar eller skadedjur, vilket hotar den globala livsmedelssäkerheten.
Växter
Forskning visade att det finns otroligt låga, nästan oupptäckbara mängder av genetisk mångfald i genomet av Wollemi-tallen ( Wollemia nobilis ) . IUCN fann ett populationsantal på 80 mogna individer och cirka 300 plantor och unga plantor 2011, och tidigare hade Wollemi-tallen färre än 50 individer i naturen. Den låga populationsstorleken och den låga genetiska mångfalden tyder på att Wollemi-tallen gick igenom en allvarlig populationsflaskhals.
En befolkningsflaskhals skapades på 1970-talet genom bevarandeinsatser av det utrotningshotade silversvärdet Mauna Kea ( Argyroxiphium sandwicense ssp. sandwicense ). Den lilla naturliga populationen av silversword utökades under 1970-talet med utplanterade individer. Alla de utplanterade silversvärdsväxterna visade sig vara första eller efterföljande generations avkommor av bara två moderns grundare. Den låga mängden polymorfa loci i de utplanterade individerna ledde till populationens flaskhals, vilket orsakade förlusten av markörallelen vid åtta av loci.
Se även
externa länkar
-
Hawks J, Hunley K, Lee SH, Wolpoff M (januari 2000). "Befolkningsflaskhalsar och pleistocen mänsklig evolution" . Molekylärbiologi och evolution . 17 (1): 2–22. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a026233 . PMID 10666702 .
- "Ny studie tyder på big bang-teori om mänsklig evolution" . University of Michigan, Institutionen för antropologi (Pressmeddelande). 10 januari 2000.
- Norra elefantsälens historia
- Nei M (maj 2005). "Flaskhalsar, genetisk polymorfism och artbildning" . Genetik . 170 (1): 1–4. doi : 10.1093/genetics/170.1.1 . PMC 1449701 . PMID 15914771 .