Эффект бутылочного горлышка⁠⁠

Пролезть через бутылочное горлышко?

Сразу чувствуется, что задача эта отнюдь непростая – не для отдельных особей, конечно, а для популяции. Не счесть тех, кто с этим не справился, но всё же есть и те, кто смог. Правда вопрос о том, что ждёт их дальше, остаётся открытым.

Когда генетики говорят, что какая-то популяция в прошлом прошла через бутылочное горлышко, они подразумевают, что когда-то давным-давно численность её особей была высока и высоко было генетическое разнообразие. Однако однажды популяция столкнулась с тяжёлыми, почти непереносимыми для неё факторами среды, в результате воздействия которых произошло критическое снижение численности, и в живых остались буквально единицы организмов, способных давать потомство. И они его дали. Численность постепенно восстановилась, а вот былое генетическое разнообразие – нет.

Многие существующие в наши дни виды умудрились пролезть через бутылочное горлышко, а некоторые из них – даже не один раз. Более того, есть виды, которые прямо сейчас находятся в очередном горлышке, и не известно, если у них шанс выбраться из этой ситуации вновь. Одним из наиболее ярких и известных примеров являются, конечно же, гепарды.

Около 100 тысяч лет назад относительно малая группа гепардов мигрировала из Северной Америки в Евразию по существовавшему тогда перешейку в Беринговом проливе, а позже и в Африку, что способствовало близкородственному скрещиванию и предположительно ещё тогда привело к заметному снижению разнообразия генофонда. А 10-11 тысяч лет назад, в конце ледникового периода, из-за сильного изменения среды обитания произошло массовое вымирание гепардов одновременно с мегафауной: мамонтами, саблезубыми тиграми другими животными. В Америке и Европе гепардов не осталось вовсе, однако в Африке сохранилась небольшая группа этих кошачьих, которые и стали прародителями всех современных гепардов.

Проанализировав геномы гепардов из Намибии, Танзании и ряда других регионов учёные пришли к выводу, что предками всех существующих ныне гепардов является если не одна, то всего несколько пар особей. По сравнению с другими кошками, потеря генетического разнообразия у гепарда составляет 90-99%, и современные гепарды генетически похожи друг на друга как близнецы: даже кожа одного гепарда при пересадке другому не отторгается.

Всё это привело к тому, что сегодняшние гепарды имеют слабую иммунную систему, повышенную чувствительность к множеству заболеваний и различные отклонения, связанные с плодовитостью – такие как высокий процент дефектных сперматозоидов и низкий процент выживания детёнышей, что вместе с давлением человека и новыми потрясениями со стороны окружающей среды на наших глазах загоняет гепардов в очередное бутылочное горлышко, из которого уже может не оказаться выхода.

Но не у всех видов, пробравшихся через бутылочное горлышко на сегодняшний день дела идут так плохо – как минимум, в вопросах численности. Вот популяция нарвалов, например, составляет сейчас около 170 тысяч особей, и в 2017 году Международный союз охраны природы перевел их из группы видов, близких к статусу угрожаемых, в число видов, вызывающих наименьшие опасения. Однако с разнообразием генофонда там всё ещё печальнее, чем у гепардов. Недавнее полногеномное исследование показало, что генетически нарвалы удивительно однородны для такой численности популяции.

Ученые отсеквенировали ядерный геном нарвала, чтобы определить степень его гетерозиготности. Этот показатель напрямую связан с генетическим разнообразием популяции: чем больше генов присутствуют в виде двух разных аллелей, тем больше разных аллелей циркулирует в популяции вообще. Сравнение с другими видами показало, что степень гетерозиготности у нарвалов ниже, чем у большинства изученных видов, и хуже дела с гетерозиготностью обстоят только у бурой гиены, которая тоже с огромным трудом проползла через бутылочное горлышко в конце ледникового периода.

Низкая гетерозиготность вида, численность которого высока или относительно высока, может быть связана либо с тем, что размножающихся особей в принципе мало, либо с высокой частотой инбридинга, либо с тем, что в прошлом популяция была очень мала и успешно прошла через бутылочное горлышко, восстановив численность, но вот рост генетического разнообразия за ней не поспел. И это – как раз случай нарвалов, так что, несмотря на смену статуса, этот вид в реальной безопасности не находится, ведь способность адаптироваться у него низка, да и, в целом, над ними висит угроза постепенного вырождения.

Но если руководствоваться данными о степени гетерозиготности геномов, то получается, что и человек прошёл через бутылочное горлышко? Однозначно, причём неоднократно. По данным генетиков, одно из самых суровых сокращений численности популяции наших предков произошло в промежутке между 930 и 813 тысячами лет назад, и тогда люди находились под угрозой полного вымирания в течении очень долго времени – около 117 тысяч лет. Согласно расчётам, количество успешно размножающихся людей сократилось в тот период с 98130 до 1280 человек, и в результате генетическое разнообразие человечества сократилось примерно на 66%.

Но на этом, разумеется, всё не закончилось. Вероятно, где-то в промежутке между 80 и 40 тысячами лет назад, во время так называемого выхода из Африки, уже современный человек снова протискивался через бутылочное горлышко, на что указывает большее генетическое разнообразие внутри африканских популяций, чем внутри европейских. А более локальные бутылочные горлышки терзали человеческие популяции ещё много и много раз.

Ещё больше интересного о живой природе на канале ЗУБ: записки учителя биологии: в Телеграм | в Макс