Численность населения - Population size

В популяционной генетике и экологии популяций , размер популяции (обычно обозначается Н ) является количеством индивидуальных организмов в популяции . Размер популяции напрямую связан с величиной генетического дрейфа и является основной причиной таких эффектов, как «узкие места» популяции и эффект основателя. Генетический дрейф является основным источником уменьшения генетического разнообразия в популяциях, которое стимулирует фиксацию и потенциально может привести к событиям видообразования.

Генетический дрейф

Из пяти условий, необходимых для поддержания равновесия Харди-Вайнберга , всегда будет нарушаться бесконечный размер популяции; это означает, что всегда имеет место некоторая степень генетического дрейфа. Меньший размер популяции приводит к увеличению генетического дрейфа , который, как предполагалось, дает этим группам эволюционное преимущество для приобретения сложности генома. Альтернативная гипотеза утверждает, что, хотя генетический дрейф играет большую роль в развитии сложности малых популяций, отбор является механизмом, с помощью которого большие популяции развивают сложность.

Ограничения численности населения и эффект основателя

Узкие места в популяции возникают, когда размер популяции сокращается на короткий период времени, уменьшая генетическое разнообразие в популяции.

Эффект основателя возникает, когда несколько особей из более крупной популяции создают новую популяцию, а также уменьшает генетическое разнообразие, и первоначально был описан Эрнстом Майром . Эффект основателя - это уникальный случай генетического дрейфа, поскольку меньшая популяция-основатель уменьшила генетическое разнообразие, что приведет к более быстрому перемещению аллелей в популяции в сторону фиксации .

Моделирование генетического дрейфа

Генетический дрейф обычно моделируется в лабораторных условиях с использованием популяций бактерий или цифрового моделирования. В цифровых организмах сгенерированная популяция претерпевает эволюцию на основе различных параметров, включая различную приспособленность, изменчивость и наследственность, установленную для отдельных организмов.

Розен и др. использовать отдельные бактериальные штаммы на двух разных средах, одна с простыми питательными компонентами, а другая с питательными веществами, которые помогают популяциям бактерий эволюционировать более неоднородно. Также использовалось цифровое моделирование, основанное на дизайне бактериального эксперимента, с различными присвоениями приспособленности и эффективных размеров популяции, сопоставимыми с размерами используемых бактерий, на основе как малых, так и больших обозначений популяций В простых и сложных средах меньшие популяции демонстрировали большую вариативность популяции. чем более крупные популяции, которые не показали значительного фитнес-разнообразия. Меньшие группы населения улучшили свою физическую форму и быстрее адаптировались в сложной среде, в то время как большие группы адаптировались быстрее, чем небольшие группы в простой среде. Эти данные демонстрируют, что последствия увеличения изменчивости в небольших популяциях зависят от окружающей среды: более сложные или сложные среды позволяют вариациям, присутствующим в небольших популяциях, давать большее преимущество. Анализ показывает, что меньшие группы населения имеют более значительный уровень приспособленности из-за неоднородности внутри группы независимо от сложности окружающей среды; адаптивные реакции увеличиваются в более сложных средах. Адаптации в бесполых популяциях также не ограничиваются мутациями, поскольку генетическая изменчивость в этих популяциях может управлять адаптацией. Хотя небольшие популяции, как правило, сталкиваются с большим количеством проблем из-за ограниченного доступа к широко распространенным полезным мутациям, адаптация в этих популяциях менее предсказуема и позволяет популяциям быть более пластичными в своих реакциях на окружающую среду. Повышение приспособленности с течением времени в небольших бесполых популяциях, как известно, прямо положительно коррелирует с размером популяции и скоростью мутаций, а вероятность фиксации полезной мутации обратно пропорциональна размеру популяции и скорости мутаций.

Лабар и Адами используют цифровые гаплоидные организмы для оценки различных стратегий накопления сложности генома. Это исследование продемонстрировало, что и дрейф, и отбор эффективны в малых и больших популяциях соответственно, но этот успех зависит от нескольких факторов. Данные наблюдения инсерционных мутаций в этой цифровой системе демонстрируют, что небольшие популяции развивают больший размер генома из-за фиксации вредных мутаций, а большие популяции развивают больший размер генома из-за фиксации полезных мутаций. Было отмечено, что небольшие популяции имеют преимущество в достижении полной геномной сложности из-за обусловленной дрейфом фенотипической сложности. При моделировании делеционных мутаций только самые большие популяции имели какое-либо значительное преимущество в пригодности. Это моделирование демонстрирует, что меньшие популяции исправляют вредные мутации за счет увеличения генетического дрейфа. Это преимущество, вероятно, ограничено высокими темпами исчезновения. Большие популяции усложняются за счет мутаций, которые увеличивают экспрессию определенных генов; Удаление вредных аллелей не ограничивает развитие более сложных геномов в более крупных группах, и не требуется большого количества инсерционных мутаций, которые привели к появлению полезных или нефункциональных элементов в геноме. Когда делеционные мутации происходят чаще, самые большие популяции имеют преимущество, которое предполагает, что большие популяции обычно имеют эволюционное преимущество для развития новых признаков.

Критическая скорость мутации

Критическая частота мутаций или порог ошибки ограничивает количество мутаций, которые могут существовать в самовоспроизводящейся молекуле до того, как генетическая информация будет уничтожена в последующих поколениях.

Вопреки результатам предыдущих исследований, было отмечено, что частота критических мутаций зависит от размера популяции как в гаплоидной, так и в диплоидной популяциях. Когда в популяции менее 100 особей, критическая частота мутаций может быть превышена, но это приведет к потере генетического материала, что приведет к дальнейшему сокращению популяции и вероятности исчезновения. Это «ограничение скорости» распространено среди небольших адаптированных бесполых популяций и не зависит от частоты мутаций.

Эффективный размер популяции ( N e )

Эффективный размер популяции ( Н е ) определяется как «числа лиц , разведением в качестве идеализированного населения , которые показывали бы одинаковое количество дисперсии частот аллелей при случайном генетического дрейфа или такое же количество инбридинга в популяции рассматриваемого» . N e обычно меньше N (абсолютный размер популяции), и это имеет важные приложения в генетике сохранения .

Перенаселение может указывать на любой случай, когда популяция любого вида животных может превышать емкость его экологической ниши .

Смотрите также

использованная литература