Бутылочное горлышко эволюции. Эффект бутылочного горлышка - описание, история и применение. Периоды в истории популяции

03.02.2019

Эффект бутылочного горлышка - сокращение численности популяции.
На рисунке: Population size = Размер популяции;
Time = Время;
Bottleneck event - Событие, ведущее к "бутылочному горлышку";
Recovery = Восстановление;
Extinction = Вымирание.

Http://www.megapolis.org/forum/viewtopic.php?p=950717

Http://www.bogoslov.ru/data/810/328/1234/clip_image002.jpg
http://warrax.net/91-92/etnogenom.html

Http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/NATURE/06_01/HUMGENE.HTM

Эффект «горлышка» в истории и России

Это данные современной науки. Но некоторым пользователям Интернета они крайне не нужны, так как мешают одурачивать посетителей их блогов и читателей их фантастических произведений (под видом строго научных).

Различные группы генетиков обосновали вывод, что на протяжении последнего миллиона лет численность популяции сравнительно прямых предков человека колебалась от 40 до 100 тыс. В период прохождения первого (женского) “бутылочного горлышка”, около 130 тыс. лет назад, значительно снизилось генетическо разнообразие предков человека, так как их общая численность сократилась до 10 тыс. индивидов и носители многих генетических вариантов исчезли. Генетические линии мужчин той поры, вероятнее всего, не выжили.

Для сравнения - численность ныне живущих шимпанзе (а этот вид находится под угрозой исчезновения) составляет 100-200 тыс. особей...

Данные, полученные при анализе мужской Y-хромосомы, менее точны, чем митохондриальные, но они также указывают на африканское происхождение человека и единую предковую популяцию. Молекулярные датировки времени ее разделения на ветви, ведущие к современным популяциям, зависят от методов оценки и, по данным разных авторов, колеблются от 30-40 тыс. лет назад (что противоречит палеонтологическим данным) до 180 тыс. лет назад. Как наиболее вероятный называют период от 57 до 135 тыс.(спорный максимум) лет назад. Н.К.Янковский, С.А.Боринская Природа. 2001. № 6.
http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/NATURE/06_01/HUMGENE.HTM

Так как митохондриальная ДНК наследуется только по материнской линии, у всех ныне живущих людей такая ДНК была получена от «Евы». Поскольку популяционные генетики считают родиной митохондриальной Евы Африку, её иногда называют африканской Евой. При древнейшем разделении предковой популяции людей образовались три главных гаплогруппы, L1, L2, L3. Из них первая преобладает у бушменов и пигмеев. Две других также имеются у африканских народов, но только от гаплогруппы L3 происходят макрогруппы М и N, носители которых мигрировали из Африки в Евразию, а карт их перемещения немало в Интернете..

Существуют альтернативные объяснения митохондриальной генеалогии народов Земли. Например, аналогичное генеалогическое древо получают, если на ранней стадии расселения большинство людей погибло из-за какой-то эпидемии или природной катастрофы, а выжившие представляли собой небольшую группу кровных родственников. Однако попытки построить генеалогию народов на основании исследования других генов не подтверждают гипотезу катастрофы. Кроме того, принимают во внимание обмен генами, который происходил в результате браков между дальними родственниками, в результате чего геномы продолжали смешиваться в популяциях уже после исхода из Африки. Наибольшее разнообразие мутаций, которое наблюдается у африканских народов, также объясняют по-разному. Это может быть результатом длительного проживания предковой популяции в Африке. Но с другой стороны, в Африке времен палеолита население могло быть просто многочисленнее, чем в других регионах.

http://ru.wikipedia.org/wiki/Homo_sapiens_sapiens
http://evolbiol.ru/markov_anthropogenes.htm

Сравнение полиморфизмов митохондриальной ДНК и датирование окаменелостей позволяют заключить, что Homo sapiens по женской линии (от «Митохондриальной Евы» - группы женщин, имевших одинаковую Митохондриальную ДНК при популяции вида порядка 10-20 тыс. особей) появились ок. 200 000 лет назад, «Адам» жил несколько позже.[ Cavalli-Sforza L. L., Feldman M. W. The application of molecular genetic approaches to the study of human evolution. Nature genetics, 2003, v. 33, p. 266-275; и др.]

Сохраняются две доминирующие теории происхождения современной популяции человека. Теория «из Африки» предполагает, что предки современных людей мигрировали из Африки и расселились в разных частях мира. Согласно мультирегиональной теории, современные люди являются, по крайней мере - частично, потомками различных популяций гоминид. Теория «из Африки» в противовес мультирегиональной подтверждается сравнением последовательностей ДНК современных людей и в настоящий момент принимается большинством палеоантропологов. Конечно, при накоплении неопровержимых доказательств возможно торжество и других теорий.

Известно, что в 2009 г. группа ученых под руководством Сары Тишкофф из Университета Пенсильвании опубликовала в журнале Science результаты комплексного исследования генетического разнообразия народов Африки. Установлено, что самой древней ветвью, испытавшей наименьшее количество смешиваний, как раньше и предполагалось, является генетический кластер, к которому принадлежат бушмены и другие народы, говорящие на койсанских языках. Скорее всего, они и являются той ветвью, которая ближе всего к общим предкам всего современного человечества.

Один из главных выводов.

Ок.74 000 лет назад небольшая популяция (ок. 2 000 человек), пережившая последствия очень мощного вулканического извержения (~20-30 лет зимы), предположительно вулкана Тоба в Индонезии, стала предком современных людей в самой Африке. Генетики с учётом археологических данных обосновывают, что 60 000-40 000 лет назад люди современного типа мигрировали в Азию, и оттуда в Европу (40 000 лет), Австралию и Америку (35 000-15 000 лет). Хотя есть и вариации мнений.
http://ru.vlab.wikia.com/wiki/Антропогенез
http://ru.wikipedia.org/wiki/Вулканическая_зима
http://botinok.co.il/node/49879

Эволюция специфических человеческих способностей, таких как развитое сознание, интеллектуальные способности и язык, исследуется с трудом, поскольку их изменения невозможно прямо отследить по останкам гоминид и следам их жизнедеятельности. Для изучения эволюции данных способностей ученые интегрируют достоверный факты различных наук, в том числе физической и культурной антропологии, зоопсихологии, этологии, нейрофизиологии, генетики.

Вопросы - как именно эволюционировали упомянутые способности (речь, религия, искусство), и в чём состояла их роль в появлении сложной социальной организации и культуры Homo sapiens, - остаются предметом научных дискуссий, но ответы на них становятся всё более обстоятельными и обоснованными..

Существует немало менее известных, непроверенных гипотез происхождения человека (вплоть до откровенно фантастических). Например, гипотеза о южноамериканском происхождении «хомо сапиенс», или теории, рассматривающие человека, как потомка китообразных или рукокрылых млекопитающих, или даже инопланетных существ. Выдвигаются и предположения об «обратной эволюции» - согласно этим гипотезам, обезьяны являются продуктом деградации человека. Большинство альтернативных гипотез официальная наука их отрицает. Хотя бы кратко подобные версии учитывать всё же необходимо. http://ru.wikipedia.org/wiki/Homo_sapiens_sapiens

Эффект бутылочного горлышка
Материал из Википедии - свободной энциклопедии
http://ru.wikipedia.org/wiki/Эффект_бутылочного_горлышка
http://ru.wikipedia.org/wiki/Бутылочное_горло

Эффект бутылочного горлышка - сокращение генофонда популяции в результате критического уменьшения численности по различным причинам.

Первоначально популяция имеет большое генетическое разнообразие, вследствие своей многочисленности, благоприятных условий окружающей среды и широкого ареала обитания.
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 единоразово - в результате катастроф.
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.

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 - то есть - подобно горлышку бутылки.

Но это говорит лишь о том, что почти всё современное человечество продолжает линию женщин, переживших более 100 тысяч лет назад состояние «бутылочного горлышка» в общем прошлом народов планеты. Мужские линии от той поры, вероятнее всего, не выжили.

Http://forum.molgen.org/index.php?topic=1216.0; http://forum.molgen.org/index.php/board,34.0.html
Ингибирование рекомбинации

Доказано, что рекомбинация между X и Y хромосомами вредна - она приводит к появлению самцов без необходимых генов в Y хромосоме, и самок с ненужными или даже вредными генами, до этого находящимися только в Y хромосоме. В результате гены полезные самцам накапливались возле определяющих пол генов, и рекомбинация в этой части хромосомы была подавлена для сохранения этого, присущего только самцам района. С течением времени, Y хромосома изменялась в сторону полного ингибирования рекомбинации районов прилежащих к генам, определяющим пол, с X хромосомой. В результате этого процесса 95 % человеческой Y хромосомы не способно к рекомбинации.

Y хромосома человека потеряла 1393 из 1438 изначально имеющихся в ней генов в процессе своего существования. При скорости потери генов 4,6 на миллион лет, Y хромосома человека потенциально может полностью потерять свою функцию в течение следующих 10 миллионов лет. Сравнительный геномный анализ, однако, показывает что многие виды млекопитающих испытывают подобную потерю функций в их гетерозиготных половых хромосомах. Дегенерация возможно является судьбой всех нерекомбинантных половых хромосом из-за трёх общих эволюционных сил: высокой скорости мутирования, неэффективного отбора и генетического дрейфа. С другой стороны, недавние сравнения Y хромосомы человека и шимпанзе показали, что человеческая Y хромосома не потеряла ни одного гена с момента дивергенции человека и шимпанзе около 6-7 миллионов лет назад, что доказывает возможную ошибочность модели линейной экстраполяции.

Человеческая Y хромосома частично подвержена высокой скорости мутирования в связи со средой в которой она находится. Y хромосома передается исключительно через сперматозоиды, которые подвергаются множественным клеточным делениям в процессе гаметогенеза. Каждое клеточное деление предоставляет дополнительную возможность для накопления мутаций пар оснований. К тому же сперматозоиды находятся в высокоокислительной среде яичек, которая стимулирует усислиение мутирования. Эти два условия вместе повышают риск мутирования Y хромосомы в 4,8 раза по сравнению с остальным геномом.

У человека Y-хромосома состоит из 58 миллионов пар азотистых оснований, и приблизительно 2 % ДНК-материала клетки человека. Хромосома содержит 86 генов, которые кодируют 23 белка. Признаки, наследуемые через Y-хромосому, носят название голандрических.

Человеческая Y-хромосома не способна рекомбинироваться с X-хромосомой, за исключением небольших псевдоаутосомных участков на теломерах (которые составляют около 5 % длины хромосомы). Это реликтовые участки древней гомологии между X и Y хромосомами. Основная часть Y-хромосомы, которая не подвержена рекомбинации, называется NRY (англ. non-recombining region of the Y chromosome). Эта часть Y-хромосомы позволяет посредством оценки однонуклеотидного полиморфизма определить прямых предков по отцовской линии.
http://ru.wikipedia.org/wiki/Y-хромосома
http://ru.wikipedia.org/wiki/Y-хромосомный_Адам
http://ru.wikipedia.org/wiki/Митохондриальная_Ева
http://www.mirnov.ru/arhiv/mn818/mn/23-1.php

Профессор Оксфордского университета Брайан Сайкс в 2003 году опубликовал книгу “Проклятие Адама”, в которой обратил внимание на то, что Y-хромосома, которая не имеет пары, постепенно мутирует и разрушается. “Если так пойдет и дальше, уже через 125 тысяч лет от нее не останется и следа. Мужчины вымрут. Да и человеческий род исчезнет с лица Земли, если более стойкие женщины не научатся размножаться без их участия”. Скандальная книга получила большую известность, правда, серьезные генетики не восприняли ее всерьез, обвинив коллегу “в склонности к дешевому популизму”.

Год спустя уже другой известный генетик, профессор Дженнифер Грэйвс из Австралийского национального университета, выступила с похожим постулатом на 15-й Международной конференции по проблемам хромосом, проходившей в Университете Брюнеля. По ее теории, 300 миллионов лет назад, сразу после своего возникновения, Y-хромосома живых организмов содержала порядка 1438 генов, 1393 из которых были утрачены. Процесс разрушения продолжается до сих пор, что вообще-то вполне объяснимо, ведь Y-хромосома не имеет пары, подобно Х-хромосоме, которая при случае могла бы ее продублировать.
“Если процесс деградации Y-хромосомы и дальше пойдет такими темпами, неизбежно наступит момент, когда она полностью исчезнет с лица Земли”, - считает исследовательница. Впрочем, произойдет это, по ее мнению, еще не скоро. Оставшиеся 45 генов мужской Y-хромосомы исчезнут с лица Земли через 10 миллионов лет.

И с ней согласны далеко не все ученые. Дэвид Пейдж из Института Уайтхеда в штате Массачусетс (США) указывал, что “сравнительный анализ хромосом человека и шимпанзе позволил обнаружить внутренние восстановительные механизмы наследственности”. Ричард Уилсон из Медицинского центра при Университете Вашингтона в штате Миссури (США): “Проведенные нами исследования свидетельствуют, что Y-хромосома научилась очень эффективно предохранять свои важные гены”.

Споры спорами. Но никто из реальных учёных гаплогруппы женщин и мужчин как надежные индикаторы развития людей и этносов в последние десятки тысячелетий не отвергает. Могут развиваться новые теории, но они требуют соответствующих убедительных обоснований. Пока этого нет.

Стоит и россиянам помнить о тех 2 тысячах выживших 74 тыс. лет назад в Африке мужчинах и женщинах, мутации в генах потомков которых и дали почти всё многообразие современного человечества. По численности оно в миллионы раз более этих ранних своих пращуров.

ЭФФЕКТ «БУТЫЛОЧНОГО ГОРЛЫШКА»

Иногда численность популяций сокращается до нескольких особей. Это может произойти вследствие климатических изменений, увеличения популяций хищников, болезней или катастроф (например, извержений вулканов или других природных катаклизмов). В результате последующим поколениям передают свои гены небольшое количество индивидов. Генофонд популяции сокращается. Выжившие особи не обязательно имеют все наборы признаков изначального генофонда, и частота аллелей может сильно измениться. Помимо эффекта «бутылочного горлышка», малые популяции подвержены дрейфу генов и инбридингу.

В общих чертах историю популяции, подвергшейся данному явлению, можно изложить следующим образом.

Существует большая популяция с большим генетическим разнообразием.

Численность популяции сокращается до нескольких особей; она теряет генетическое разнообразие и едва не вымирает.

Популяция снова обретает большую численность, но генетическое разнообразие потеряно.

В качестве примера можно привести популяцию современных гепардов. За последние годы численность диких гепардов уменьшилась и теперь составляет менее 20 000 особей. Благодаря современной технике генетического анализа было выяснено, что популяция гепардов обладает очень малым генетическим разнообразием. По всей видимости, в конце последнего ледникового периода, 10–20 тысяч лет назад, гепарды едва избежали вымирания (возможно, где-нибудь в пещере выжила только одна самка, давшая потомство). Исходя из малого генетического разнообразия, всех современных гепардов можно считать потомками одного помета. По приблизительным оценкам, во время последнего ледникового периода вымерло 75 % крупных млекопитающих (включая мамонтов, пещерных медведей и саблезубых тигров). Недостаток генетического разнообразия у гепардов привел к отклонениям в образовании сперматозоидов, уменьшению плодовитости, высокой смертности детенышей и повышенной чувствительности к болезням.

Со времени сокращения численности популяции прошло недостаточно времени, чтобы благодаря случайным мутациям образовалось новое генетическое разнообразие.

См. также статьи «Дрейф генов», «Генетический анализ».

Теория ограничений систем была сформулирована в 80-е годы ХХ в. и касалась управления производственными предприятиями. Кратко ее суть сводится к тому, что в каждой производственной системе действуют ограничения, сдерживающие эффективность. Если устранить ключевое ограничение, система заработает значительно эффективнее, чем если пытаться воздействовать на всю систему сразу. Поэтому процесс совершенствования производства нужно начинать с устранения узких мест.

Сейчас термин bottleneck может использоваться в любой отрасли — в сфере услуг, разработке программного обеспечения, логистике, повседневной жизни.

Что такое bottleneck

Определение bottleneck звучит как место в производственной системе, в котором возникает перегрузка, потому что поток материалов поступает слишком быстро, но не может быть так же быстро переработан. Часто это станция с меньшей мощностью, чем предыдущий узел. Термин произошел из аналогии с узким горлышком бутылки, которое замедляет путь жидкости наружу.

Bottleneck — узкое место в производственном процессе

На производстве эффект бутылочного горлышка вызывает простои и производственные издержки, снижает общую эффективность и увеличивает сроки отгрузки продукции заказчикам.

Существует два типа узких мест:

Краткосрочные узкие места — вызваны временными проблемами. Хороший пример — больничный или отпуск ключевых сотрудников. Никто в команде не может полноценно заменить их, и работа останавливается. На производстве это может быть поломка одного из группы станков, когда его нагрузка распределяется между рабочим оборудованием.
Долгосрочные узкие места — действуют постоянно. Например, постоянная задержка месячных отчетов в компании из-за того, что один человек должен обработать огромное количество информации, которая поступит к нему лавиной в самом конце месяца.

Как определить bottleneck в производственном процессе

Существует несколько способов поиска bottleneck на производстве разного уровня сложности, с применением специальных инструментов и без. Начнем с более простых способов, основанных на наблюдении.

Очереди и заторы

Процесс на производственной линии, который собирает перед собой самую большую очередь из единиц незавершенного производства, обычно является бутылочным горлышком. Такой способ поиска bottleneck подходит для штучного конвейерного производства, например, на линии разлива. Хорошо видно, в каком месте линии скапливаются бутылки, и какой механизм имеет недостаточную мощность, часто ломается или обслуживается неопытным оператором. Если на линии несколько мест скопления, то ситуация сложнее, и нужно использовать дополнительные методы, чтобы найти самое критичное узкое место.

Пропускная способность

Пропускная способность всей производственной линии прямо зависит от выхода оборудования bottleneck. Это характеристика поможет найти главное бутылочное горлышко процесса производства. Увеличение выпуска единицы оборудования, которая не является узким местом, существенно не повлияет на общий выпуск линии. Проверив поочередно все оборудование, можно выявить bottleneck — то есть тот шаг, увеличение мощности которого больше всего повлияет на выход всего процесса.

Полная мощность

Большинство производственных линий отслеживают процент загрузки каждой единицы оборудования. Станки и станции имеют фиксированную мощность и в процессе производства используются на определенный процент от максимальной мощности. Станция, которая задействует максимум мощности — bottleneck. Такое оборудование сдерживает процент использования мощности другого оборудования. Если вы увеличите мощность bottleneck, то мощность всей линии вырастет.

Ожидание

Процесс производства также учитывает время простоев и ожидания. Когда на линии есть бутылочное горлышко, то оборудование, идущее сразу ним, долго простаивает. Bottleneck задерживает производство и следующий станок не получает достаточно материала, чтобы работать непрерывно. Когда вы обнаружите станок с длинным временем ожидания, то ищите на предыдущем шаге бутылочное горлышко.

Кроме наблюдения за производством, для выявления узких мест используются такие инструменты:

Value Stream Mapping — карта создания потоков ценности

Как только вы выясните причину или причины узких мест, нужно определить действия для расширения бутылочного горлышка и наращивания производства. Возможно, вам понадобится переместить сотрудников в проблемную зону или нанять дополнительный персонал и закупить оборудование.

Бутылочное горлышко может возникнуть там, где операторы перенастраивают оборудование для производства другого продукта. В таком случае нужно подумать, как сократить простои. Например, изменить график производства, чтобы уменьшить количество переналадок или уменьшить их влияние.

Как уменьшить влияние узких мест

Bottleneck менеджмент предлагает производственным компаниям использовать три подхода, чтобы уменьшить влияние узких мест.

Первый подход

Увеличение мощности существующих узких мест.

Существует несколько способов увеличить мощность узких мест:

Добавьте ресурсы в ограничивающий процесс. Необязательно нанимать новых сотрудников. Кросс-функциональное обучение персонала может уменьшить влияние узких мест с незначительными затратами. В таком случае рабочие будут обслуживать сразу несколько станций и облегчать прохождение узких мест.
Обеспечьте бесперебойную подачу деталей на узкое место. Всегда следите за незавершенным производством перед узким местом, управляйте подачей ресурсов на станцию bottleneck, учитывайте овертаймы, в течение которых оборудование также всегда должно иметь детали для обработки.
Убедитесь, что узкое место работает только с качественными деталями. Не тратьте мощность и время работы узкого места на обработку брака. Размещайте точки контроля качества перед станциями bottleneck. Это повысит пропускную способность процесса.
Проверьте график производства. Если в процессе выпускается несколько разных продуктов, которые требуют разного времени работы bottleneck, скорректируйте график производства так, чтобы общий спрос на bottleneck уменьшился
Увеличьте время работы ограничивающего оборудования. Пусть bottleneck работает дольше, чем другое оборудование. Назначьте оператора, который будет обслуживать процесс во время обеденных перерывов, плановых простоев и, если нужно, сверхурочно. Хотя этот метод не уменьшит время цикла, он будет поддерживать работу bottleneck пока остальное оборудование будет простаивать.
Сократите простои. Избегайте плановых и внеплановых простоев. Если оборудование bottleneck выйдет из строя во время рабочего процесса, немедленно отправьте ремонтную бригаду, чтобы починить и запустить его. Также постарайтесь сократить время переналадки оборудования с одного продукта на другой.
Усовершенствуйте процесс именно в узком месте. Используйте VSM, чтобы устранить действия, не добавляющие ценности, и сократить время на добавление ценности, избавившись от потерь. В итоге вы получите более короткое время цикла.
Перераспределите нагрузку на bottleneck. Если возможно, разделите операцию на части и назначьте их на другие ресурсы. В итоге вы получите более короткий цикл и возросшую мощность.

Второй подход

Продажа излишков производства, которые выпускает оборудование, не относящееся к бутылочному горлышку.

Например, у вас на линии 20 инъекционных прессов, а вы используете только 12 из них, потому что оборудование bottleneck не может переработать выпуск всех 20 прессов. В этом случае вы можете найти другие компании, которые заинтересованы в субподряде на операции литья под давлением. Вы будете в прибыли, потому что получите от субподрядчиков больше, чем ваши переменные расходы.

Третий подход

Сокращение неиспользуемой мощности.

Третий вариант оптимизации производства — распродать оборудование с экстра мощностью и сократить или переместить персонал, который его обслуживает. В этом случае мощность всего оборудования будет уравнена.

Примеры bottleneck вне производства

Транспорт

Классический пример — пробки на дорогах, которые могут постоянно образовываться в определенных местах, или появляться временно во время ДТП или проведения дорожных работ. Другие примеры — шлюз на реке, погрузчик, железнодорожная платформа.

Компьютерные сети

Медленный WiFi-роутер, подключенный к эффективной сети с высокой пропускной способностью, является узким местом.

Коммуникация

Разработчик, который шесть часов в день проводит на совещаниях, и только два часа пишет код.

Программное обеспечение

В приложения тоже есть узкие места — это элементы кода, на которых программа «тормозит», заставляя пользователя ждать.

"Железо" компьютера

Узкие места в компьютере — это ограничения аппаратных средств, при которых мощность всей системы ограничивается одним компонентом. Часто процессор рассматривается как ограничивающий компонент для видеокарты.

Бюрократия

В повседневной жизни мы часто сталкиваемся с узкими местами. Например, когда внезапно заканчиваются бланки для паспортов или водительских прав и вся система останавливается. Или когда нужно пройти медосмотр, а кабинет флюорографии работает всего три часа в день.

Вердикт

Узкие места в производстве, менеджменте и жизни — это точки потенциальных улучшений.

Расширение bottleneck даст ощутимый прирост производительности и эффективности.

А не обращать внимания на ограничивающие элементы системы — значит недополучать прибыль и работать хуже своих возможностей.

Эволюционный процесс абсолютно любого живого вида на нашей планете проходил как стадии расцвета и повышения численности его популяций, так и сокращение числа экземпляров до нескольких тысяч, сотен и менее. В последнем случае принято говорить об эффекте бутылочного горлышка. Рассмотрим подробнее, что это означает.

В чем суть эффекта бутылочного горлышка?

Представим себе, что существует некоторый вид живого существа, который представлен сотней тысячей или даже несколькими миллионами экземпляров. В такой огромной популяции можно найти самые разные признаки среди индивидуумов этого вида. Например, будут особи с белой, черной, коричневой, пятнистой окраской; большие, маленькие и средних размеров индивидуумы; одни будут быстрыми, другие - медленными, у одних будут длинные конечности, другие же будут отличаться большим размером глаз. Этот список качеств и признаков можно долго продолжать. Вывод напрашивается один: в популяции с большим числом особей велико разнообразие генетической информации, то есть генофонд является богатым.

Теперь представим, что произошел некоторый катаклизм, который привел к резкому вымиранию этого вида. В результате из миллиона особей осталось лишь несколько десятков или сотен. Естественно, что генетическое разнообразие будет утрачено. Выжившие особи являются носителем лишь нескольких различных аллелей, из которых и будут формироваться последующие поколения. Такое сокращение генофонда - эффект бутылочного горлышка. Ситуация буквально похожа на то, что будто из большого разнообразия цветных шариков, присутствующих в бутылке, высыпали через узкое горлышко лишь некоторые из них.

Эффект основателя

То число особей, которое выжило, пройдя через этап "бутылочного горлышка", дает начало новым поколениям. По отношению к ним это редуцированное число индивидуумов является основателем, или родительской популяцией.

Если число особей вида сократилось до 10 и менее, тогда говорят об экстремальном эффекте основателя. В этом случае в генофонде последующих поколений практически не будет никакого разнообразия аллелей, и одинаковые морфологические признаки будут встречаться достаточно часто.

Таким образом, эффекты основателя и бутылочного горлышка связаны друг с другом в одну эволюционную цепочку: первый следует за вторым.

К чему приводят эти эффекты?

Иными словами, сокращение генофонда - это хорошо или плохо? Ответить на этот вопрос не так просто, как кажется на первый взгляд. Приведем положительные и отрицательные стороны, которые следуют из определения эффекта бутылочного горлышка, то есть из сокращения генетического разнообразия у данного вида:

Плюсы. У последующих популяций закрепляются конкретные признаки и мутации, которые могут оказаться полезными для особей в данной окружающей среде.
Минусы. Низкий уровень генетического разнообразия ведет к снижению способности вида приспосабливаться к изменениям окружающей среды, то есть делает его уязвимым. Кроме того, у особей часто начинают встречаться дефекты, которые передаются по наследству.

Пример с гепардом

Ярким примером эффекта бутылочного горлышка, который вызван эволюционным отбором, является современный гепард. До того как произошло глобальное обледенение нашей планеты (Четвертичный период), на территории Африки, Евразии и Северной Америки существовало несколько видов гепардов, которые сильно отличались от современного как размерами, так и скоростными способностями. По некоторым оценкам, общая численность гепардов на планете могла достигать сотен тысяч особей.

Во время когда пища стала менее доступной, произошла массовая смертность многих видов живых существ, в том числе и гепардов. Полагают, что численность последних могла составить всего несколько сотен особей. Причем выживали только самые быстрые и имеющие небольшие размеры экземпляры, то есть произошел эффект бутылочного горлышка для гепардов.

В настоящее время гепард - это млекопитающее с чрезвычайно низким генетическим разнообразием. Эти звери слабо устойчивы к разного рода болезням, а всякие попытки имплантации им органов заканчиваются провалом. Организм гепарда практически не способен адаптироваться к изменениям в окружающей среде.

Искусственное сокращение численности популяции

Исходя из названия, этот эффект бутылочного горлышка вызван уже вмешательством человека в природу. Примеров можно привести несколько:

слоны. В результате активной охоты и истребления этих животных в конце XIX века из 150 тысяч осталось лишь 20 особей.
Европейские и американские бизоны. Европейских бизонов в начале XX века насчитывалось всего 12 особей (из 3600), а американских - 750 (из 370 тысяч).
Гигантские черепахи Галапагосских островов.

Отметим, что применение этот эффект находит и в селекции новых подвидов растений и животных, с целью закрепления выгодных человеку признаков.

Может ли восстановиться генетическое разнообразие?

Ответ на этот вопрос является положительным. Да, может, но для этого необходимо создать соответствующие условия. Даже когда родительская группа особей была незначительной, и в прошлом наблюдался сильный эффект бутылочного горлышка, генетическое разнообразие может быть восстановлено в ходе длительного последующего эволюционного процесса.

Для этого окружающая среда должна предоставлять различные ниши для обитания данного вида, то есть среда сама должна быть разнообразной. Тогда, приспосабливаясь к новым условиям и накапливая постепенно новые мутации, вид может восстановить свой генофонд.

Что можно сказать об эволюции человека?

Различные катаклизмы известной нам истории постоянно уносили десятки и сотни тысяч человеческих жизней, что создавало эффект бутылочного горлышка для Homo Sapiens и других видов человека. Приведем некоторые примеры:

75 тыс. лет назад в Индонезии взорвался супервулкан Тоба. Его сила взрыва оценивается как таковая у 3000 вулканов Святой Елены! По некоторым предположениям, это извержение могло сократить численность разных видов людей до нескольких тысяч особей на всей Земле.
В Средние века около 1/3 населения Европы умерло в результате черной чумы.
Во время колонизации европейцами Нового Света в конце XV - первой половины XVI веках было уничтожено около 90% коренного населения.
В 1783 году в Исландии произошел взрыв вулкана Лаки. Впоследствии к нему добавились голод и болезни, в результате чего погибло около 20% населения острова.

Что касается современной ситуации с человеком, то его генетическое разнообразие является достаточно большим, поскольку население планеты составляет около 7,5 млрд и распределено оно по всей территории Земли (разные условия среды обитания).

План:

1 Периоды в истории популяции
2 Наглядное отображение
3 Эффект бутылочного горлышка в реальных популяциях

Введение

Эффект бутылочного горлышка - сокращение численности популяции.
На рисунке:
Population size = Размер популяции;
Time = Время;
Bottleneck event - Событие, ведущее к "бутылочному горлышку";
Recovery = Восстановление;
Extinction = Вымирание.

Эффект бутылочного горлышка - сокращение генофонда (т.е. 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.

1. Периоды в истории популяции

Первоначально популяция имеет большое генетическое разнообразие, вследствие своей многочисленности, благоприятных условий окружающей среды и широкого ареала обитания.
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 единоразово - в результате катастроф.
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.

2. Наглядное отображение

3. Эффект бутылочного горлышка в реальных популяциях

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 . В случае восстановления численности видов, находившихся на грани вымирания, также происходит снижение генетического разнообразия, обусловленное эффектом бутылочного горлышка.

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 .

Современный пример действия эффекта бутылочного горлышка - популяция сайгака. Численность антилопы сайгак 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 .

Примечания

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
Мортон Дженкинс «101 ключевая идея: Эволюция», М., ФАИР-ПРЕСС, 2001, стр. 225-227, ISBN 5-8183-0354-3
The saiga saga (англ.) - www.fauna-flora.org/saiga.php

Литература

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

скачать
Данный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии . Синхронизация выполнена 10.07.11 20:57:30
Похожие рефераты:

fkrchr.ru