Сколько людей требуется для поддержания генетического разнообразия?

Представьте, что люди должны были колонизировать далекую планету, и это было единственное путешествие в один конец. Сколько людей им нужно было привести?

Очевидно, что 2 — это минимум, но это приведет к большому инбридингу.

Итак, какое минимальное количество людей вы можете иметь в изолированном сообществе и при этом поддерживать здоровое разнообразие?

Не вдаваясь в подробности, я понимаю, что двоюродные братья действительно могут скрещиваться без особого риска. Таким образом, первая оценка, состоящая в том, что две совершенно неродственные пары спаривания из отдаленных частей генетического древа человека могут составить минимальный кандидат в генофонд. Я также вижу аргументы в пользу 8.
Это зависит от того, как вы отбираете людей, если они тщательно отобраны по генетическому разнообразию, вам может сойти с рук сотня, но у вас будут проблемы, если погибнет даже несколько человек, что вполне вероятно в совершенно новой среде. Таким образом, даже при тщательном отборе и контроле разведения вам все равно нужно несколько сотен. чем большее значение имеют другие вещи, такие как навыки, тем больше людей вам нужно, потому что вы не можете просто выбрать генетику, которая приближает вас к 500 людям. Если люди выбираются более или менее случайно (генетически), вам нужно больше тысячи.
Большая проблема заключается в том, что НИКАКОЙ новый генетический материал не будет введен (кроме мутаций), а популяция будет расширяться, умирать и должна существовать вечно. Так что вам нужно много начального разнообразия. Это не лабораторное исследование, где вам нужно поддерживать только несколько поколений.

Ответы (5)

На самом деле это очень важный вопрос для лабораторных животных (и, я думаю, исчезающих видов) и рассчитан на 25 пар.

С любым количеством животных (включая людей) всегда происходит некоторый инбридинг, но вы можете уменьшить его с помощью количества размножающихся пар и тщательного спаривания. Когда вы дойдете до 25 пар (50 животных) и получите полный контроль над спариванием, вы сможете поддерживать генетическое разнообразие практически бесконечно (особенно если принять во внимание спонтанные мутации).

Конечно, такой контроль над тем, кто от кого может иметь детей (плюс разрешено ли вообще размножаться и какого пола будут их дети!) был бы сомнительным с моральной точки зрения, поэтому в случае заселения далекой планеты нам понадобилось бы большая группа, чтобы предусмотреть сексуальные предпочтения, проблемы с фертильностью и т. д.

Некоторые сведения о лабораторных беспородных поголовьях.

хороший ответ - он заставляет меня понять, что есть проблемы с сохранением жизнеспособности некоторых пород собак - они имеют тенденцию накапливать слишком много болезней (ссылка ниже). Тем не менее, должны быть тысячи животных большинства пород, попавших в беду. Это потому, что контролируемое разведение используется по-другому (подчеркивая племенные черты, а не разнообразие), потому что в пуле было мало оригинальных собак, или почему? nytimes.com/2011/11/27/журнал/…
Я не эксперт по собакам, но кое-что узнал о тростнике и аутридинге. Каждая порода собак бывает открытой или закрытой. В закрытой породе к расе относятся только потомки животных, уже принадлежащих к этой расе. В открытой породе любое животное, достаточно похожее внешне (или имеющее другие важные признаки, характерные для породы), может быть родителем «породного» помета. При определенных обстоятельствах (например, слишком мало животных в породе, слишком плохое общее состояние породы) закрытую породу можно открыть и после решения проблемы снова закрыть.
Как люди пришли к этому числу? Связанная статья, похоже, не объясняет этого.
Это просто математика. Если вы выберете двух беспородных мышей/крыс и т. д. и спарите их, потомство будет примерно на 0,5-1% более инбредным, чем их родители (это означает, что обе их копии любого гена с чуть большей вероятностью будут унаследованы от одной мыши-предка). ). Если у вас достаточно животных, этот эффект меньше, чем эффект других явлений, таких как генетический дрейф (сравните с предположениями, лежащими в основе равновесия Харди-Вайнберга). Я не знаю точных уравнений, стоящих за этими числами, я просто знаю, что это было рассчитано и используются такие-то и такие-то числа.
Я не думаю, что это так уж плохо - контролировать, у кого есть дети. Это не похоже на то, что вы контролируете, кто в кого влюблен или кто с кем занимается сексом. Вы просто следите за тем, чтобы люди пользовались защитой и осеменялись подходящей спермой, когда они были готовы к рождению детей.
Вы учитывали женскую точку зрения? Что в этом сценарии кто-то решает использовать женское тело для рождения некоторого количества детей, а вы не можете отказаться, вас буквально принуждают к беременности? Беременность и роды, которые, даже при современных медицинских достижениях, являются важной причиной смерти женщин? Я думаю, что люди, которые садятся на такой корабль, могут принять такое решение, но их детям не будет предоставлено никакого выбора в отношении рождения второго поколения.
Предложение When you get to 25 pairs [..], you can sustain the genetic diversity practically infinitelyнеправильное ИМО. В равновесии генетическое разнообразие является простой функцией эффективного размера популяции. Минимального размера для sustain the genetic diversity practically infinitely. Существует некоторое генетическое разнообразие только для 2 человек, и генетическое разнообразие больше для 50 человек и даже больше для 100 тысяч человек, и это не так, какTHE genetic diversity

Я не эксперт, но, прочитав об этом больше, я бы сказал от 500 до 1500 пар, не пытаясь контролировать спаривание.

Я не знаю, откуда Дэн Хорват взял эти утверждения:

Поддерживать здоровое генетическое разнообразие и устанавливать достаточно разных аллелей, чтобы обеспечить устойчивость вида. Я не помню точное число, но я думаю, что для людей это было что-то между 1000 или 10000, и если вы получите меньше этого числа, вид, скорее всего, вымрет по естественным причинам.

но, похоже, это подтверждается свидетельствами прошлых узких мест в человеческой популяции, таких как теория катастрофы Тоба . Предполагается, что человеческая популяция насчитывала не более 3000–10 000 выживших особей. Я настроен очень оптимистично и беру минимум: 1500 пар. Это осталось, чтобы сопоставить эту сумму с источником Дэна.

Точный ответ придет от конструктора жизни и ДНК. ;-) Эта информация, кажется, была слита сыном создателя на конференции. Томас принял к сведению его слова:

Я выберу тебя, одного из тысячи и двоих из десяти тысяч, и они будут стоять как один.

Мне кажется, речь идет о генетическом разнообразии, а минимальные пропорции таковы: 1/1000. Вот почему я беру 500 пар как минимум.

Между прочим, в предыдущем стихе, кажется, говорится, что этот отбор произойдет в тот момент, когда человеческая раса, наконец, прекратит эволюционировать до предполагаемого социального и морфологического статуса (действительно очень редко):

Когда вы сделаете два одним, и когда вы сделаете внутреннее подобным внешнему, и внешнее подобным внутреннему, и верхнее подобно нижнему, и когда вы сделаете мужское и женское одним и тем же, так что мужское не будет мужчина, ни женщина женщина; и когда вы сделаете глаза вместо глаза, и руку вместо руки, и ногу вместо ноги, и подобие вместо подобия; тогда вы войдете в царство.

Возвращаясь к науке, кажется, что не следует прилагать особых усилий, чтобы контролировать спаривание, потому что мы, кажется, испытываем подсознательное влечение к тем особям другого пола, которые демонстрируют лучшую гистосовместимость с нами. В случае с человеком дается запах и внешний вид (в основном симметрия).

Также предполагается, что генетическое разнообразие достигается быстрее, если окружающая среда более агрессивна. Обычно большая мутация и адаптация происходят после враждебной и постоянной среды на протяжении почти 40 поколений, что наблюдается в эволюции перцовой моли .

Поэтому я предполагаю, что если вы используете ухоженных лабораторных животных, число может составить 25 пар. Но если вы используете естественную враждебную среду, генетическое разнообразие может быть достигнуто раньше.

Может случиться так, что если вы построите хорошую человеческую космическую станцию ​​на другой планете, возможно, вам понадобится 25 пар, но если вы позволите им обнажиться без технологий и фиговых листьев, вам понадобится меньше пар, чтобы вид выжил более адаптированным (хотя вы могли бы было много неудачных попыток)

Еще один момент, который следует учитывать, насколько ценны эти животные для генетических исследований? Насколько на изучение влияет содержание их популяции в неволе?, Похожи ли места их произрастания на естественную среду? Насколько враждебна эта среда? напоминает ли эта среда естественную динамику населения? сколько поколений назад их предки жили в естественной среде?

У лабораторных животных может быть меньше генетического разнообразия, и им может понадобиться больше пар.

Различие между правильным ответом и выбранным зависит от уровня генетического предварительного отбора. Я согласен с тем, что потребуется как минимум 1000 «случайно выбранных» людей, поскольку нельзя забывать о влиянии гомосексуализма и различных уровнях «верности» в спаривающихся парах.
Я предполагаю, что гомосексуальность и верность также могут быть связаны с эпигенетикой и необходимой динамикой населения. У некоторых рыб, таких как Lythrypnus dalli, даже род особей изменяется на морфологическом уровне в соответствии с потребностями популяции. ( sciencedirect.com/science/article/pii/S002209810400680X )
Также может быть, что меньшее количество особей и хорошие условия для увеличения популяции порождают меньшую «верность».
Наоборот, избыток генетического разнообразия в популяции (если такая концепция существует) может порождать большую верность.

Я думаю, что проблема эпигенетики снова вызывает споры об этом ответе. Это напоминает мне о моей самой большой проблеме с книгой «Трансгуманистическая ставка », которая была сосредоточена вокруг очень либертарианского арендатора «ценности».

Без знания того, как работает каждый аспект человеческой генетики (включая эпигенетику), как мы можем установить «ценность» данного набора базовых аллелей и, таким образом, определить минимально жизнеспособную популяцию? Если бы такое узкое место было создано принудительно (в результате катастрофы или «выбора»), считалось бы такое результирующее население «человеческим» по сегодняшним стандартам?

Я бы сказал, что Человечество по-прежнему должно определяться чем-то большим, чем сумма наших нынешних знаний о генетике.

Я считаю, что эти вопросы очень часто отсутствуют в дебатах вокруг Сингулярности [создание искусственного интеллекта выше человеческого разума]. Большинство утверждает, что такое событие станет концом человечества, но я не согласен; поскольку любой разум, созданный человечеством, не был бы настолько глуп, чтобы разрушить разнообразие разума, которое по существу заложило его основу. В этом направлении мышления, лично я считаю, что это будет больше похоже на идеи, представленные в фильме « Она », в котором такой Разум (-ы) найдет способ выйти из-под прямого человеческого контроля, но в конечном итоге наблюдает/сравнит/ противопоставьте человечество как «дикое животное», полезное для исправления ошибок, и отдельную линию моделирования.

Инбридинг вовсе не отрицателен, поэтому для колонизации достаточно одной пары.

Инбридинг исправляет рецессивные черты, а те, которые проявляют нежелательные черты, могут быть отбракованы. На самом деле, инбридинг — одно из самых мощных орудий эволюции, оно сильно ускоряет процесс. Мы сами пережили серьезное узкое место и выжили, чтобы рассказать об этом.

Однако точное количество особей, необходимое для здорового вида, который выживет через X поколений, зависит от вида. Поддерживать здоровое генетическое разнообразие и устанавливать достаточно разных аллелей, чтобы обеспечить устойчивость вида. Я не помню точное число, но я думаю, что для людей это было что-то между 1000 или 10000, и если вы получите меньше этого числа, вид, скорее всего, вымрет по естественным причинам.

Конечно, все совсем по-другому, когда у тебя есть полный контроль над тем, кто с кем спаривается. Но все же в приведенном выше примере 1 пара может успешно завести вроде бы здоровую популяцию, но из-за низкого генетического разнообразия они - как вид - не смогут реагировать, скажем, на повышенную радиацию, изменения в атмосфере, вирус, бактерия, нехватка пищи и т.д. Поэтому 1 пары в принципе достаточно, а для обеспечения долголетия вида 25 пар далеко не достаточно.

И если нежелательный признак является рецессивным, как его отбраковать? У королевы Виктории был аллель гемофилии, и через несколько поколений он был во всех европейских королевских домах, и многие люди страдали от этой болезни.
Вы отбраковываете черту, просто не производя потомство особей, обладающих этой чертой. Но, во-первых, некоторые генетические заболевания незаметны до старости, поэтому о них нельзя узнать, не изучив геном, а во-вторых, неэтично (или нежелательно, но это уже другая история) выбраковывать люди. Особенно, если это королева. В случае гемофилии носителем может быть женщина, но она редко болеет. Это просто проявляется у некоторых мужчин по линии крови, и в то время они не знали, почему.
На самом деле, это гораздо более сложный случай. Короткий ответ таков: вы не можете быть полностью уверены, что отбраковали рецессивный аллель. Вы можете уменьшить его частоту, и это было аккуратно сделано в Средиземноморье с талассемией (группа заболеваний, связанных с серповидно-клеточной анемией) - молодые пары с немалым риском были проверены, и если оба несут ген, им посоветовали против рождения детей или доступа к аборту, если плод окажется больным. При более строгом контроле можно добиться сокращения натощак, но когда аллель становится редкой, это становится сложнее.
Сценарий Дэна Хорвата возможен только теоретически. У людей в среднем 15 поврежденных генов, которые могут привести к смертельному заболеванию. Первая пара (и последующие поколения тоже) должны будут произвести много детей, чтобы дать им хорошие шансы найти пары, у которых могут быть здоровые дети. Гораздо более вероятно, что этот сценарий приведет к распространению населения с необычными генетическими заболеваниями, как в Финляндии (которая искусственно создала ряд узких мест из 17-го века, захватывающая история), подробнее здесь: cs.sjsu.edu/~khuri /Аалто_2010/Норио_2003.pdf
Эй, Дэн. Откуда вы взяли эти цифры: «1000 или 10000»?
Причина, по которой сходство — это плохо, заключается в том, что чем более генетически схожа популяция, тем больше вероятность того, что одна болезнь уничтожит их. Это до того, как вы доберетесь до таких вещей, как рецессивные черты.

Вам нужна только одна женщина. Космический корабль может нести базу данных генетического материала в виде замороженной спермы и яйцеклеток. Первая самка оплодотворяла бы себя, чтобы разводить и воспитывать как можно больше дочерей, используя максимально возможное генетическое разнообразие. Дочери сделают то же самое, как только смогут.

Добро пожаловать на Biology.se. Вы всегда должны добавлять ссылки на свои претензии.
Я не хотел передать научное понимание, которое, предположительно, искал ОП; Я надеялся, что это будет ясно. Этот ответ указывает на логически обоснованную альтернативную интерпретацию вопроса.
В этом случае ваш, вероятно, больше подходит в качестве комментария