Эффе́кт «буты́лочного го́рлышка» — сокращение генофонда (то есть 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 .

Периоды в истории популяции

1. Первоначально популяция имеет большое генетическое разнообразие вследствие своей многочисленности, благоприятных условий окружающей среды и широкого ареала .
2. Популяция вымирает, её численность сокращается до незначительного числа особей. Генофонд обедняется. Снижение численности популяции может происходить периодически (в связи с ежегодным наступлением сезона, неблагоприятного для поддержания численности популяции) или единовременно — в результате катастроф.
3. 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 .

Наглядное отображение

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, что графически подобно горлышку бутылки.

Эффект бутылочного горлышка в реальных популяциях

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.

Год	Популяция американского бизона
до 1492	60 000 000 особей
1890	750 особей
2000	360 000 особей

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 сайгака 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 .

Человеческая популяция

Согласно данным, опубликованным в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences , около 1,2 млн лет назад численность человеческой популяции сократилась до 18,5 тысяч человек (по другим оценкам — до 26 тысяч человек) .

В 2008 году в журнале появилось предположение, что около 75 000 лет назад после извержения супервулкана Тоба численность человеческой популяции сократилась до 2 тысяч человек . Высказано мнение, что из африканской популяции людей, предковой для всего человечества, это событие пережило около 10 тысяч человек .

Учёные Стэнфордского университета на основании анализа Y-хромосом также обнаружили, что человеческая популяция прошла через очередное «бутылочное горлышко» примерно в 5000—3000 годы до нашей эры . Существуют предположения, что причиной этого могут быть первые в истории масштабные войны либо социальная картина, при которой род продолжали лишь небольшие группы привилегированных мужчин. Это также повлекло значительное сокращение разнообразия Y-хромосомы.

Остров Пингелап ( Федеративные Штаты Микронезии ) примечателен тем, что полной цветовой слепотой страдает значительная часть его жителей. Это связывают с эффектом бутылочного горлышка: после катастрофического тайфуна 1775 года и последовавшего за ним голода на острове выжило лишь около 20 человек, а один из них был носителем соответствующего гена .

В технике

Применяется для выращивания монокристаллов методом зонной плавки: на кристалле делают сужение, через которое прорастает небольшая доля кристаллитов ввиду конкуренции между кристаллитами. Повторив несколько раз, можно добиться того, что останется только один кристаллит, получив таким образом монокристалл.

См. также

• Гаплогруппы
• Финские наследственные заболевания
• Эффект основателя

Примечания

Литература

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