Informacije

Najmanja održiva populacija koja se razmnožava

Najmanja održiva populacija koja se razmnožava


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Koja je najmanja održiva populacija koja se razmnožava, kao na primjer u ljudskoj populaciji. Pod održivim mislim na populaciju koja genetske defekte održava niskim (dovoljno).

Vrlo snažno povezano pitanje: koliki je očekivani broj generacija dato stanovništvo može preživjeti?


Literatura o konzervatorskoj biologiji ima mnogo informacija, posebno u vezi sa razvojem planova preživljavanja vrsta (npr. Traill et al. [2007] izvještavaju da će minimalna efektivna veličina populacije od ~4000 dati 99% vjerovatnoću postojanosti od 40 generacija).

Budući da se pitanje posebno spominje ljudske populacije, svoj odgovor ću fokusirati na genetiku malih ljudskih populacija, iako je dostupno znatno manje informacija.

Hamerton et al. (1965; Priroda 206:1232-1234) proučavali su abnormalnosti hromozoma kod 201 pojedinca od ukupne veličine populacije od 268 sa malog ostrva Tristan da Cunha. Ovi autori navode povećanje hromozomskih abnormalnosti (aneuploidija; hipo- ili hiperdiploidija) sa godinama i sugerišu da to može dovesti do smanjene mitotičke efikasnosti. Smatra se da se ova populacija razvila iz osnovne populacije od samo 15. Prema Mantle i Pepys (2006; Clin Exp Allergy 4:161-170) otprilike dva ili tri prvobitna doseljenika bila su astmatičara, što je dovelo do vrlo visoke prevalencije (32%) u sadašnjoj populaciji.

Kaessmann et al. (2002; Am J Hum Genet 70:673-685) predstavljaju moderniju studiju neravnoteže veza u dvije male ljudske populacije (Evenki i Saami; ~58.000 i ~60.000 veličina populacije, respektivno) u poređenju s dvije velike populacije (Finci i Šveđani; ~5 i ~9 miliona ). Autori nalaze značajnu LD kod 60% populacije Evenkija i 48% Saamija, ali samo 29% kod Finaca i Šveđana.

Lieberman et al. (2007; Nature 445:727-731) raspravljaju o potencijalu otkrivanja ljudskih srodnika kako bi se izbjeglo inbreeding. Takvi mehanizmi pronađeni su i kod drugih vrsta, "od društvenih ameba, društvenih insekata i škampa, do ptica, lisnih uši, biljaka, glodara i primata". Lieberman et al. predlažu mehanizme koji doprinose otkrivanju braće i sestara kod ljudi, uključujući "materinsko perinatalno povezivanje" i "trajanje boravka". Osim ovih znakova ponašanja, autori također predlažu fiziološke znakove kao što je glavni kompleks histokompatibilnosti koji igraju ulogu.


Pretpostavljam da bi odgovor definitivno uključivao parametar koji bi ukazao na to koliko je 'raznovrsna' populacija koja se razmnožava za početak - uključujući koliko je heterozigotna svaka jedinka (u odnosu na inbred); kao i među pojedincima - tj. koliko se ti pojedinci razlikuju jedni od drugih.


Reproduktivna biologija Magnolia sinica (Magnoliaecea), ugrožena vrsta sa izuzetno malom populacijom u Yunnan, Kina

Magnolia sinica je jedno od najugroženijih stabala endemskih za jugoistočni Yunnan. Na osnovu naših istraživanja, samo 52 jedinke i osam populacija pronađene su u divljini. M. sinica je kategorizirana kao kritično ugrožena na IUCN Crvenoj listi i identificirana kao “Biljne vrste s ekstremno malim populacijama (PSESP)”. Plod/sjemenica mu je vrlo niska i sadnice se rijetko nalaze u divljini. Pretpostavlja se da može naići na prepreke reproduktivnom uspjehu. Ova studija se stoga fokusira na njegovu reproduktivnu biologiju, čije je poznavanje neophodno za efikasno očuvanje. Cvjetovi ove vrste su protogini i noćni, te posjeduju dvodnevni ritam seksualne prezentacije. Prve noći mriješenja, cvjetovi su u fazi tučaka tokom koje se tepale otvaraju u sumrak i zatvaraju cca. 1 h kasnije (osim otvorenih vanjskih). Ostaju zatvoreni do sljedećeg popodneva, kada se cvjetovi, koji su sada u fazi staminacije, ponovo otvore i ostaju tako sve dok listovi tepale ne opadaju. Noćne bube ulaze u cvjetove i ostaju zarobljene cijelu noć dok se cvijet zatvara, a za to vrijeme se hrane listovima cvjetnjaka. Ustanovljeno je da pčele sakupljačice polen posjećuju ponovno otvorene cvjetove i bube se oslobađaju tokom ove faze. Čini se da su dvije vrste buba Pleocomidae i Curculionidae efikasni oprašivači.

M. sinica je samokompatibilna vrsta zavisna od oprašivača, a njen set plodova/sjemena može se značajno povećati ručnim oprašivanjem. U njegovim postojećim prirodnim staništima nisu pronađeni funkcionalni raspršivači sjemena. Ovi nalazi sugeriraju da se može suočiti s nedostatkom oprašivanja i raspršivača sjemena u svojim trenutnim fragmentiranim staništima, što može objasniti njegovu nisku regeneraciju. Ovdje predlažemo strategije očuvanja na osnovu naših nalaza.


Minimalna održiva populacija (MVP)

Kao menadžeri divljih životinja, često želimo da znamo: „koliko mala populacija mora da bude pre nego što počnemo da brinemo o štetnim posledicama kao što su izumiranje, genetska erozija i inbriding?“

Kada smo govorili o Allee efektima, vidjeli smo slučaj u kojem deterministički model populacije može imati minimalnu održivu veličinu populacije - ispod određenog kritičnog praga, populacija je bila osuđena na izumiranje, a iznad praga bi se populacija deterministički povećavala do nosivosti .

Međutim, koncept MVP je izveden iz konzervatorska biologija a ne iz teorijske populacione biologije. Biologija očuvanja bavi se sistemima iz stvarnog svijeta koji su neuredni, varijabilni i nesigurni. Stoga se koncept MVP obično kvantificira korištenjem stohastičkih modela populacije.

Opća definicija MVP koja najviše zadovoljava (po mom mišljenju) direktno se odnosi na koncept vrtloga izumiranja: Minimalna veličina održive populacije (MVP) je da veličina populacije iznad koje se vrtlog izumiranja može bezbedno sprečiti.

Međutim, gornja definicija nije striktno kvantificirana za većinu vrsta. MVP se također često definira u odnosu na populacijske modele, od kojih mnogi nemaju eksplicitnu genetsku komponentu (jer često ne znamo koliko je štetnih recesivnih alela u populaciji!). Kvantitativna, operativna definicija koju ćemo koristiti u ovom kursu je:

MVP: najmanja brojnost koja zadovoljava specificirani prag rizika od izumiranja (npr. najmanja početna brojnost tako da je rizik od izumiranja tijekom 50 godina ispod 5%)


Bračni partneri

Za svemirsko putovanje od 200 godina, možda osam do 10 generacija, njegovi proračuni pokazuju da je potreban minimalni broj od 160 ljudi da bi se održala stabilna populacija.

To bi proizvelo oko 10 potencijalnih bračnih partnera po osobi, kaže on, a ako se čini da je ovo mali broj, “razmislite s koliko ljudi ste izlazili prije nego što ste se vjenčali”.

Prostorija bi bila na prvom mjestu u bilo kojoj svemirskoj letjelici, a smanjenje broja ljudi koji je u početku bio potreban bi moglo biti poželjno. Moore predlaže dvije strategije. Prvi je da počnemo s mladim parovima bez djece, ponavljajući praksu polinezijskih pomorskih kolonista.

Drugi je da zamolite svemirsku posadu da odgodi reprodukciju za kasnije u ženskom plodnom periodu, možda od 35 do 40 godina, stvarajući duže vremenske jazove između generacija. Ova mjera rezultira stabilnom populacijom od samo 80, ali posljedice povećanog medicinskog rizika od kasnog porođaja još nisu razmotrene.

Potencijalna zabrinutost je da male populacije mogu pretrpjeti štetno smanjenje genetske raznolikosti zbog inbreedinga, kaže Dennis O’Rourke sa Univerziteta Utah. Razmatrao je isto putovanje od 10 generacija i 200 godina kao i Moore i posmatrao i genetski drift i inbriding.

“Smanjenje genetske varijacije je zapravo prilično malo i manje nego što je pronađeno u nekim uspješnim malim populacijama na Zemlji,” kaže on. “To ne bi bio značajan faktor sve dok se svemirski putnici vraćaju kući ili komuniciraju sa drugim ljudima na kraju perioda od 200 godina.”


Reproduktivna biologija i biotehnologija divljih mačaka

Strategije očuvanja u prirodnim staništima kao iu centrima za razmnožavanje neophodne su za održavanje i jačanje održivih populacija divljih felida. Među temeljnim znanjem koje je potrebno za očuvanje uzgoja, solidno razumijevanje reproduktivne biologije je ključno za poboljšanje prirodnog uzgoja i povećanje genetske raznolikosti. Osim toga, nudi priliku za razvoj potpomognutih reproduktivnih tehnologija (ART) kod ugroženih i ugroženih vrsta. Očuvački uzgoj i reproduktivne biotehnologije divljih felida su napredovale u protekloj deceniji. Jasno je pokazano da ženke felida imaju vrste i pojedinačne obrasce reproduktivnih ciklusa i različito reagiraju na egzogene hormone. Kod mužjaka, nekoliko vrsta još uvijek ima loš kvalitet sjemena često zbog gubitka genetske raznolikosti u malim populacijama. Kako bi se prevladali izazovi prirodnog uzgoja (nekompatibilnost između jedinki ili neoptimalna okolina) i ublažili inbreeding, umjetna oplodnja, proizvodnja embrija i prijenos embrija dodatno su razvijeni u 24 vrste divljih mačaka. Glavni faktori koji ograničavaju uspjeh ART-a su nedosljedni odgovori na stimulaciju jajnika, varijabilni kvalitet gameta i embriona i priprema ženki primaoca. Dodatni pristupi, uključujući tehnologije matičnih ćelija, istraženi su za buduće medicinske primjene. Međutim, još uvijek postoji kritična potreba za boljim poznavanjem reproduktivne biologije mačaka i poboljšanjem efikasnosti ART-a kako bi se povećala genetska raznolikost i stvorile održive populacije divljih felida.

Ključne riječi: Biotehnologija Očuvanje Reproduktivna biologija Divlje mačke.


Sadržaj

U zavisnosti od količine interesovanja, efektivna veličina populacije može se definisati na nekoliko načina. Ronald Fisher i Sewall Wright su to prvobitno definirali kao "broj jedinki koje se razmnožavaju u idealiziranoj populaciji koja bi pokazala istu količinu disperzije frekvencija alela pod slučajnim genetskim pomakom ili istu količinu inbreedinga kao populacija koja se razmatra". Općenito, efektivna veličina populacije može se definirati kao broj jedinki u idealiziranoj populaciji koja ima vrijednost bilo koje date genetske veličine populacije koja je jednaka vrijednosti te količine u populaciji od interesa. Dvije populacijske genetske veličine koje je Wright identificirao bile su povećanje varijanse za jednu generaciju među repliciranim populacijama (efektivna veličina populacije varijance) i jedna generacijska promjena koeficijenta inbreedinga (efikasna veličina populacije inbreedinga). Ova dva su usko povezana i izvedena su iz F-statistike, ali nisu identična. [4]

Danas se efektivna veličina populacije obično procjenjuje empirijski s obzirom na vrijeme boravka ili spajanja, procjenjuje se kao genetska raznolikost unutar vrste podijeljena sa stopom mutacije, što daje koalescentna efektivna veličina populacije. [5] Još jedna važna efektivna veličina populacije je selekcija efektivne veličine populacije 1/skritičan, gdje je skritičan je kritična vrijednost koeficijenta selekcije pri kojoj selekcija postaje važnija od genetskog drifta. [6]

Empirijska mjerenja Uredi

U Drosophila stanovništva veličine popisa 16, efektivna veličina populacije varijanse je izmjerena kao jednaka 11,5. [7] Ovo mjerenje je postignuto proučavanjem promjena u učestalosti neutralnog alela iz jedne generacije u drugu u preko 100 replika populacija.

Što se tiče efektivne veličine populacije koja se spaja, istraživanje publikacija o 102 uglavnom životinjske i biljne vrste dalo je 192 Ne/N omjeri. U ispitivanim studijama korišteno je sedam različitih metoda procjene. Shodno tome, omjeri su se kretali u širokom rasponu od 10 -6 za pacifičke ostrige na 0,994 za ljude, sa prosjekom od 0,34 za ispitivane vrste. [8] Genealoška analiza ljudskih lovaca-sakupljača (Eskimi) odredila je omjer efektivne prema popisnoj veličini populacije za haploidne (mitohondrijalna DNK, Y hromozomska DNK) i diploidne (autosomalna DNK) lokuse odvojeno: omjer efektivnih prema veličina popisne populacije procijenjena je na 0,6-0,7 za autozomnu i X-hromozomsku DNK, 0,7-0,9 za mitohondrijsku DNK i 0,5 za Y-hromozomsku DNK. [9]

Teorijski primjeri Edit

U sljedećim primjerima, jedna ili više pretpostavki striktno idealizirane populacije su opuštene, dok su ostale pretpostavke zadržane. Tada se izračunava efektivna veličina populacije varijanse opuštenijeg modela populacije u odnosu na strogi model.

Varijacije u veličini populacije Uredi

Veličina populacije varira tokom vremena. Pretpostavimo da postoje t generacije koje se ne preklapaju, tada se efektivna veličina populacije daje harmonijskom sredinom veličine populacije: [10]

Na primjer, recimo da je veličina populacije bila N = 10, 100, 50, 80, 20, 500 za šest generacija (t = 6). Tada je efektivna veličina populacije harmonična sredina ovih, dajući:

Imajte na umu da je ovo manje od aritmetičke sredine veličine populacije, koja je u ovom primjeru 126,7. Harmoničnom sredinom teži da dominira najmanje usko grlo kroz koje stanovništvo prolazi.

Dioeciousness Edit

Ako je populacija dvodomna, tj. onda nema samooplodnje

gdje D predstavlja dvodomnost i može imati vrijednost 0 (za nedvodomne) ili 1 za dvodomne.

Kada N je velika, Ne približno jednako N, tako da je ovo obično trivijalno i često zanemareno:

Varijanca u reproduktivnom uspjehu Uredi

Da bi veličina populacije ostala konstantna, svaki pojedinac mora u prosjeku doprinijeti dvije gamete sljedećoj generaciji. Idealizirana populacija pretpostavlja da ovo slijedi Poissonovu distribuciju tako da je varijansa broja gameta doprinijela, k jednak je srednjem broju doprinosa, tj. 2:

Međutim, u prirodnim populacijama varijansa je često veća od ove. Velika većina jedinki možda nema potomstvo, a sljedeća generacija potiče samo od malog broja jedinki, tako da

Efektivna veličina populacije je tada manja i data je kao:

Imajte na umu da ako je varijansa od k je manje od 2, Ne je veći od N. U ekstremnom slučaju populacije koja nema varijacije u veličini porodice, u laboratorijskoj populaciji u kojoj je broj potomaka umjetno kontroliran, Vk = 0 i Ne = 2N.

Neribarski omjer spolova Uredi

Kada omjer spolova u populaciji varira od ribarskog omjera 1:1, efektivna veličina populacije je data kao:

Gdje Nm je broj muškaraca i Nf broj ženki. Na primjer, sa 80 muškaraca i 20 žena (apsolutna veličina populacije od 100):

Opet, ovo rezultira Ne biti manji od N.

Alternativno, efektivna veličina populacije može se definirati primjećivanjem kako se prosječni koeficijent inbreedinga mijenja iz generacije u generaciju, a zatim definiranjem Ne kao veličina idealizirane populacije koja ima istu promjenu prosječnog koeficijenta inbreedinga kao i populacija koja se razmatra. Prezentacija prati Kempthornea (1957). [11]

Za idealiziranu populaciju, koeficijenti inbreedinga slijede jednadžbu ponavljanja

Koristeći panmiktički indeks (1 − F) umjesto koeficijenta inbreedinga, dobijamo približnu jednačinu ponavljanja

Razlika po generaciji je

Efektivna veličina inbreedinga može se pronaći rješavanjem

iako istraživači rijetko koriste ovu jednačinu direktno.

Teorijski primjer: preklapanje generacija i starosno strukturirane populacije. Uredi

Kada organizmi žive duže od jedne sezone razmnožavanja, efektivne veličine populacije moraju uzeti u obzir životne tablice za vrstu.

Haploid Edit

Pretpostavimo haploidnu populaciju sa diskretnom starosnom strukturom. Primjer može biti organizam koji može preživjeti nekoliko odvojenih sezona razmnožavanja. Nadalje, definirajte sljedeće karakteristike starosne strukture:

Diploid Edit

Slično, efektivni broj inbreedinga može se izračunati za diploidnu populaciju sa diskretnom starosnom strukturom. Ovo je prvi dao Johnson, [13] ali notacija više liči na Emigha i Pollaka. [14]

Pretpostavite iste osnovne parametre za tabelu života kao što je dato za haploidni slučaj, ali praveći razliku između muškog i ženskog, kao npr. N0 ƒ i N0 m za broj novorođenih ženki i muškaraca, redom (obratite pažnju malim slovima ƒ za žene, u poređenju sa velikim slovima F za inbreeding).

Efektivni broj inbreedinga je

Koalescentna efektivna veličina može imati malo veze s brojem pojedinaca koji su fizički prisutni u populaciji. [15] Izmjerena koalescentna efektivna veličina populacije varira između gena u istoj populaciji, niska je u područjima genoma niske rekombinacije i visoka u područjima genoma visoke rekombinacije. [16] [17] Vremena boravka su proporcionalna N u neutralnoj teoriji, ali za alele pod selekcijom, vremena boravka su proporcionalna log(N). Genetsko autostopiranje može uzrokovati da neutralne mutacije imaju vrijeme boravka proporcionalno log(N): ovo može objasniti odnos između mjerene efektivne veličine populacije i lokalne stope rekombinacije. [ potreban citat ]

U idealiziranom Wright-Fisher modelu, sudbina alela, počevši od međufrekvencije, je u velikoj mjeri određena selekcijom ako je koeficijent selekcije s ≫ 1/N, i velikim dijelom određena neutralnim genetskim driftom ako je s ≪ 1/N. U stvarnim populacijama, granična vrijednost s može umjesto toga ovisiti o lokalnim stopama rekombinacije. [6] [18] Ova granica selekcije u stvarnoj populaciji može se uhvatiti u simulaciji igračke Wright-Fisher kroz odgovarajući izbor Ne. Predviđa se da će populacije s različitim selekcijskim efektivnim veličinama evoluirati duboko različite arhitekture genoma. [19] [20]


Mehanizmi izolacije

To su faktori koji drže vrste odvojenim i sprečavaju ukrštanje ili protok gena

  • Izolacija u vremenu: populacije su odvojene jedna od druge po vremenu, biljke cvjetaju u različito doba godine
  • Izolacija po ponašanju: parno ponašanje jedne populacije nije privlačno drugoj populaciji
  • Izolacija u prostoru: populacije su razdvojene geografskom barijerom, planinom ili rijekom
  • Izolacija prema anatomiji: može se pokušati parenje, ali zbog fizičkih razlika nije uspješno
  • Nekompatibilnost gameta: spermatozoidi ne mogu prodrijeti u vanjski omotač koji okružuje jajnu stanicu

ConservationBytes.com

‘Classics’ je kategorija postova u kojima se ističu istraživanja koja su napravila stvarnu razliku u očuvanju biodiverziteta. Svi postovi u ovoj kategoriji bit će trajno prikazani na stranici Classics na ConservationBytes.com

Citiran oko 800 puta prema Google Scholar-u, ovaj klasični rad pokazao je suštinsku razliku između dvije glavne paradigme koje dominiraju disciplinom biologije očuvanja: (1) paradigme ‘opadanja’ populacije i (2) ‘male’ populacijska paradigma. The paradigma opadanja populacije je identifikacija i upravljanje procesima koji smanjuju demografsku stopu vrste i uzrokuju deterministički opadanje njenih populacija, dok paradigma male populacije je proučavanje dinamike malih populacija koje su opadale zbog nekih (determinističkih) perturbacija i koje su podložnije izumiranju putem slučajnih (stohastičkih) događaja. Jednostavno rečeno, sile koje dovode populacije do opadanja nisu nužno one koje zabijaju konačni ekser u lijes vrste ’ kojima moramo upravljati za obje vrste procesa istovremeno, i sinergiju između njih, ako želimo smanjiti vjerovatnoća izumiranja vrsta.

Podijeli:

Volim ovo:

Povezano

Akcije

Informacije

4 odgovora

[…] Naše opće razumijevanje o tome kako dinamika populacije reagira na nestabilnost fragmenata također možemo pripisati BDFFP-u, jer sada znamo da fluktuacije stanovništva unutar njih dovode do veće varijabilnosti zbog ekstremnih vremenskih događaja ili drugih stohastičkih fenomena, čime se povećava vjerovatnoća populacija koje padaju ispod minimalne održive veličine i postaju lokalno izumrle. […]

[…] su označili Gilpin & Soulé, koncept je kasnije pojednostavio Caughley (1994) u svom poznatom radu o paradigmi opadanja i male populacije, ali je istinski kvantificiran samo za […]

[…] 2007, 2010 Clements et al. 2011) – minimalna održiva veličina populacije je tačka u kojoj populacija u opadanju postaje mala populacija (sensu Caughley 1994). Drugim riječima, to je tačka u kojoj populacija postaje […]

[…] nego što se očekivalo samo slučajno zbog povratnih informacija koje se samo pojačavaju (vidi i prethodni post o paradigmi male populacije). Dakle, neznanje o potencijalnim efektima Allee može pristrasiti sve od minimalne održive populacije […]


Utjecaj male veličine populacije

Veličina populacije, tehnički efektivna veličina populacije, povezana je sa snagom drifta i vjerovatnoćom inbreedinga u populaciji. Male populacije imaju tendenciju da brže izgube genetsku raznolikost nego velike populacije zbog stohastičke greške uzorkovanja (tj. genetski drift). To je zato što se neke verzije gena mogu izgubiti nasumičnim slučajem, a vjerovatnije je da će se to dogoditi kada su populacije male. Osim toga, manja veličina populacije znači da je veća vjerovatnoća da će se jedinke razmnožavati sa bliskim rođacima. U zatvorenim populacijama, pojedinci će biti bliži međusobno povezani u odnosu na jedinke prethodne generacije. Na primjer, u hipotetičkoj populaciji koja se sastoji od samo četiri jedinke, ako dva para daju po dva potomka (što znači da su četiri nove individue prisutne u sljedećoj generaciji), potomci se moraju ili pariti sa bratom ili sestrom, roditeljem ili jedinkom iz drugi par. Pod pretpostavkom da odaberu opciju bez braća ili sestre/neroditelji, svi potomci u trećoj generaciji moraju se pariti s jedinkama koje imaju iste bake i djedove ili će odlučiti da se odreknu reprodukcije. Iako je ovaj primjer ekstreman zbog vrlo male hipotetičke populacije, isti obrasci i sile prisutni su u većim – iako još uvijek malim – populacijama.

Iako je mehanizam gubitka genetske raznolikosti zbog inbreedinga i drifta različit, efekti na populacije su isti. I inbreeding i drift smanjuju genetsku raznolikost, koja je povezana s povećanim rizikom od izumiranja populacije, smanjenom stopom rasta populacije, smanjenim potencijalom za odgovor na promjene okoliša i smanjenom otpornošću na bolesti, što utječe na sposobnost oslobođenih jedinki da prežive i razmnožavaju se u divlji.


Pogledajte video: MERKELOVA POTPUNO SLOMLJENA PRIZNALA SVOJU NAJVEĆU GREŠKU! I dalje je JAKO TUŽNA zbog ovoga! (Decembar 2022).