Wielkość populacji - Population size

W genetyczne populacji i ekologii populacji , liczba mieszkańców (zwykle oznaczane N ) jest liczba poszczególnych organizmów w populacji . Wielkość populacji jest bezpośrednio związana z wielkością dryfu genetycznego i jest podstawową przyczyną efektów, takich jak wąskie gardła populacyjne i efekt założycielski. Dryf genetyczny jest głównym źródłem zmniejszenia różnorodności genetycznej w populacjach, co prowadzi do fiksacji i może potencjalnie prowadzić do przypadków specjacji.

Dryf genetyczny

Spośród pięciu warunków wymaganych do utrzymania równowagi Hardy'ego-Weinberga , nieskończona wielkość populacji będzie zawsze naruszona; oznacza to, że zawsze występuje pewien stopień dryfu genetycznego. Mniejsza wielkość populacji prowadzi do zwiększonego dryfu genetycznego , co zakłada się, że daje tym grupom ewolucyjną przewagę w nabywaniu złożoności genomu. Alternatywna hipoteza zakłada, że ​​podczas gdy dryf genetyczny odgrywa większą rolę w małych populacjach rozwijających złożoność, selekcja jest mechanizmem, dzięki któremu duże populacje rozwijają złożoność.

Wąskie gardła populacyjne i efekt założyciela

Wąskie gardła populacyjne występują, gdy wielkość populacji zmniejsza się na krótki czas, zmniejszając różnorodność genetyczną populacji.

Efekt założycielski występuje, gdy kilka osobników z większej populacji tworzy nową populację, a także zmniejsza różnorodność genetyczną, co zostało pierwotnie opisane przez Ernsta Mayra . Efekt założycielski jest wyjątkowym przypadkiem dryfu genetycznego, ponieważ mniejsza populacja założycielska ma zmniejszoną różnorodność genetyczną, która spowoduje szybsze przemieszczanie alleli w populacji w kierunku fiksacji .

Modelowanie dryfu genetycznego

Dryf genetyczny jest zazwyczaj modelowany w środowiskach laboratoryjnych z wykorzystaniem populacji bakterii lub symulacji cyfrowej. W organizmach cyfrowych generowana populacja przechodzi ewolucję w oparciu o różne parametry, w tym zróżnicowaną kondycję, zmienność i dziedziczność nastawioną dla poszczególnych organizmów.

Rozen i in. użyj oddzielnych szczepów bakterii na dwóch różnych podłożach, jednej z prostymi składnikami odżywczymi, a drugiej ze składnikami odżywczymi, które pomagają populacjom bakterii ewoluować w bardziej niejednorodny sposób. Zastosowano również symulację cyfrową opartą na projekcie eksperymentu bakteryjnego, z różnymi przypisaniami przystosowania i efektywnych rozmiarów populacji porównywalnymi do tych stosowanych przez bakterie na podstawie oznaczeń zarówno małych, jak i dużych populacji Zarówno w prostych, jak i złożonych środowiskach mniejsze populacje wykazywały większą zmienność populacji niż większe populacje, które nie wykazywały znaczącego zróżnicowania sprawności. Mniejsze populacje zwiększyły przystosowanie i szybciej zaadaptowały się w złożonym środowisku, podczas gdy duże populacje zaadaptowały się szybciej niż małe populacje w prostym środowisku. Dane te pokazują, że konsekwencje zwiększonej zmienności w małych populacjach zależą od środowiska: bardziej wymagające lub złożone środowiska pozwalają na większą przewagę zmienności występującej w małych populacjach. Analiza pokazuje, że mniejsze populacje mają bardziej znaczące poziomy przystosowania z powodu heterogeniczności w grupie, niezależnie od złożoności środowiska; reakcje adaptacyjne są zwiększone w bardziej złożonych środowiskach. Adaptacje w populacjach bezpłciowych również nie są ograniczone mutacjami, ponieważ zmienność genetyczna w tych populacjach może napędzać adaptację. Chociaż małe populacje mają tendencję do stawiania czoła większym wyzwaniom, ponieważ ograniczony dostęp do szeroko rozpowszechnionej korzystnej adaptacji mutacyjnej w tych populacjach jest mniej przewidywalny i pozwala populacjom być bardziej plastycznymi w ich reakcjach środowiskowych. Wiadomo, że wzrost sprawności w czasie w małych bezpłciowych populacjach jest silnie dodatnio skorelowany z wielkością populacji i szybkością mutacji, a prawdopodobieństwo fiksacji korzystnej mutacji jest odwrotnie proporcjonalne do wielkości populacji i szybkości mutacji.

LaBar i Adami wykorzystują cyfrowe organizmy haploidalne do oceny różnych strategii gromadzenia złożoności genomicznej. Badanie to wykazało, że zarówno dryf, jak i selekcja są skuteczne odpowiednio w małych i dużych populacjach, ale sukces ten zależy od kilku czynników. Dane z obserwacji mutacji insercyjnych w tym systemie cyfrowym pokazują, że małe populacje wyewoluowały większe rozmiary genomu z utrwalenia szkodliwych mutacji, a duże populacje wyewoluowały większe rozmiary genomu z utrwalenia korzystnych mutacji. Zauważono, że małe populacje mają przewagę w osiąganiu pełnej złożoności genomicznej ze względu na złożoność fenotypową sterowaną dryfem. Kiedy symulowano mutacje delecyjne, tylko największe populacje miały jakąkolwiek znaczącą przewagę sprawności. Symulacje te pokazują, że mniejsze populacje naprawiają szkodliwe mutacje poprzez zwiększony dryf genetyczny. Ta przewaga jest prawdopodobnie ograniczona przez wysokie wskaźniki wymierania. Większe populacje rozwijają złożoność poprzez mutacje, które zwiększają ekspresję określonych genów; usuwanie szkodliwych alleli nie ogranicza rozwoju bardziej złożonych genomów w większych grupach i nie jest wymagana duża liczba mutacji insercyjnych, które skutkowały korzystnymi lub niefunkcjonalnymi elementami w genomie. Gdy mutacje delecyjne występują częściej, największe populacje mają przewagę, która sugeruje, że większe populacje mają generalnie przewagę ewolucyjną dla rozwoju nowych cech.

Współczynnik mutacji krytycznych

Krytyczna szybkość mutacji lub próg błędu ogranicza liczbę mutacji, które mogą istnieć w samoreplikującej się cząsteczce, zanim informacja genetyczna zostanie zniszczona w późniejszych pokoleniach.

W przeciwieństwie do ustaleń poprzednich badań, zauważono, że krytyczny wskaźnik mutacji zależy od wielkości populacji zarówno w populacjach haploidalnych, jak i diploidalnych. Gdy populacje mają mniej niż 100 osobników, krytyczny wskaźnik mutacji może zostać przekroczony, ale doprowadzi to do utraty materiału genetycznego, co spowoduje dalszy spadek populacji i prawdopodobieństwo wyginięcia. To „ograniczenie prędkości” jest powszechne w małych, przystosowanych populacjach bezpłciowych i jest niezależne od tempa mutacji.

Efektywna wielkość populacji ( N e )

Efektywny rozmiar populacji ( N e ) określa się jako „ilość hodowli jednostek w wyidealizowanym populacji , które wykazują taką samą ilość dyspersji częstości alleli z losowymi dryfu genetycznego lub tej samej ilości chowu wsobnego w populacji pod uwagę.” N e jest zwykle mniejsza niż N '(konfiguracji bezwzględnej wielkości populacji) i niesie ważne zastosowanie w genetyce ochrony .

Przeludnienie może wskazywać na każdy przypadek, w którym populacja dowolnego gatunku zwierzęcia może przekroczyć pojemność swojej niszy ekologicznej .

Zobacz też

Bibliografia