Заселить мир одной парой — на что это было бы похоже?

Популяция не будет здоровой, но она сможет выжить, пока они производят достаточное количество потомства. Основываясь на генетике двух основателей, определенный процент всего потомства, произведенного их потомками, умрет, не достигнув репродуктивного возраста, или будет бесплодным, или иным образом инвалидом. Мы рассмотрим, как рассчитать этот процент ниже, но важная концепция заключается в том, что определенная часть их потомков будет здоровой. Пока уровень воспроизводства достаточно высок, чтобы произвести достаточное количество здоровых особей для расширения популяции, популяция будет продолжать расти, а уровень генетических нарушений будет снижаться, поскольку они подвергаются отрицательному отбору.

Прежде чем мы углубимся в математику, нам нужно понять, почему инбридинг вызывает проблемы. У вас может быть в голове такая идея, как «утрата генетического разнообразия», но на самом деле это туманная концепция, которая не имеет большого значения. Реальной проблемой, вызванной инбридингом, является увеличение гомозиготности. Люди диплоидны, что означает, что у нас есть две копии каждой из наших хромосом (за исключением, конечно, мужчин и их половых хромосом) по одному набору от каждого из наших родителей. Ваши хромосомы, хотя и почти идентичны, все же имеют много различий между собой. Эти различные варианты называются «аллелями». Гомозиготность означает наличие двух копий одного и того же аллеля в данном месте генома, или, другими словами, две ваши хромосомы имеют одинаковую последовательность в данном месте. Сама по себе гомозиготность не так уж и плоха. Нет ничего плохого в том, чтобы иметь одинаковую последовательность ДНК на обоих наборах хромосом. Проблема возникает, когда вы принимаете во внимание мутации. Мутации иногда могут очень сильно сломать что-то. Если они изменят неправильное основание, они могут полностью отключить важный ген. К счастью, поскольку у нас есть две копии всего нашего генома на двух наборах хромосом, даже если мутация разрушает одну копию гена, у нас есть другая копия, которая все еще работает и может компенсировать ее. Это называется гаплодостаточностью. К сожалению, это означает, что большинство людей являются носителями этих летальных аллелей, потому что, пока они компенсируются функционирующей копией, они не вредят нам и поэтому не подвергаются отбору. Эти плохие аллели известны как рецессивно летальные. Проблема возникает, когда вы принимаете во внимание мутации. Мутации иногда могут очень сильно сломать что-то. Если они изменят неправильное основание, они могут полностью отключить важный ген. К счастью, поскольку у нас есть две копии всего нашего генома на двух наборах хромосом, даже если мутация разрушает одну копию гена, у нас есть другая копия, которая все еще работает и может компенсировать ее. Это называется гаплодостаточностью. К сожалению, это означает, что большинство людей несут эти летальные аллели, потому что, пока они компенсируются функционирующей копией, они не вредят нам и поэтому не подвергаются отбору. Эти плохие аллели известны как рецессивно летальные. Проблема возникает, когда вы принимаете во внимание мутации. Мутации иногда могут очень сильно сломать что-то. Если они изменят неправильное основание, они могут полностью отключить важный ген. К счастью, поскольку у нас есть две копии всего нашего генома на двух наборах хромосом, даже если мутация разрушает одну копию гена, у нас есть другая копия, которая все еще работает и может компенсировать ее. Это называется гаплодостаточностью. К сожалению, это означает, что большинство людей несут эти летальные аллели, потому что, пока они компенсируются функционирующей копией, они не вредят нам и поэтому не подвергаются отбору. Эти плохие аллели известны как рецессивно летальные. поскольку у нас есть две копии всего нашего генома на двух наборах хромосом, даже если мутация разрушает одну копию гена, у нас есть другая копия, которая все еще работает и может компенсировать ее. Это называется гаплодостаточностью. К сожалению, это означает, что большинство людей несут эти летальные аллели, потому что, пока они компенсируются функционирующей копией, они не вредят нам и поэтому не подвергаются отбору. Эти плохие аллели известны как рецессивно летальные. поскольку у нас есть две копии всего нашего генома на двух наборах хромосом, даже если мутация разрушает одну копию гена, у нас есть другая копия, которая все еще работает и может компенсировать ее. Это называется гаплодостаточностью. К сожалению, это означает, что большинство людей несут эти летальные аллели, потому что, пока они компенсируются функционирующей копией, они не вредят нам и поэтому не подвергаются отбору. Эти плохие аллели известны как рецессивно летальные.

Теперь мы можем понять, почему гомозиготность является проблемой. Если у человека есть повышенный шанс получить две копии одного и того же аллеля, то у этого человека также есть повышенный шанс получить две сломанные копии аллеля и умереть!

Наконец, мы можем приступить к расчету того, какая часть населения будет затронута генетическими нарушениями. Все зависит от того, сколько рецессивных летальных мутаций принесут с собой два основателя. Каждая рецессивная летальная мутация, присутствующая у основателей, будет представлять один плохой аллель из 4 (поскольку у каждого основателя есть 2 копии). Если мы предположим*, что этот аллель наследуется таким образом, что его частота не меняется, то в популяции будет 25% частоты плохих аллелей для места в геноме. Это означает, что данный ребенок в популяции будет иметь вероятность 6,25% (25% * 25%) получить две плохие копии аллеля и умереть. Таким образом, для каждой рецессивной летальной мутации, присутствующей у двух основателей, умирает ~ 6,25% будущего потомства популяции. Это н'

Итак, сколько рецессивных летальных мутаций могут нести наши основатели? В этой недавней статье http://www.genetics.org/content/199/4/1243.full утверждается только от 1 до 2 на человека. Даже в худшем случае, когда оба основателя вносят две рецессивные летальные мутации, всего 4, каждый потомок имеет шанс 93,75% (100-6,25) избежать двух копий каждого плохого аллеля, что означает ~ 77% (93,75^4). потомство выживет. Пока каждая пара производит в среднем 4 или более детей, население будет расти, несмотря на высокий уровень смертности. С каждым последующим поколением частоты рецессивных летальных аллелей будут уменьшаться в результате естественного отбора.

Я действительно не рассматривал вопрос о том, как следует проводить спаривание. Есть пара удивительных особенностей этой популяции, которые делают выбор партнера интересным. Во-первых, в нормальном генеалогическом древе спаривание с более дальним родственником было бы намного предпочтительнее, чем спаривание с близким, но в этом сценарии нет аутбридинга, поэтому дальние родственники на самом деле с такой же вероятностью могут быть переносчиками того же вреда. аллели как близкие. Мне также неясно, захотите ли вы вообще попытаться уменьшить количество проблемных спариваний. Каждый раз, когда два гетерозиготных носителя летального аллеля размножаются, 1/4 их детей умирает, но 1/3 выживших детей не несет летальной мутации. Каждое спаривание, в результате которого рождаются мертвые дети, на самом деле снижает частоту вызвавшего его плохого аллеля. Так что у населения есть выбор. Сократив количество спариваний между носителями плохих аллелей, они уменьшат количество детей, умерших на раннем этапе, но увеличат общее количество детей, которые умрут по мере роста популяции. Если ваша популяция обладает научным складом ума, они могут записать, как умерли больные дети, и попытаться создать родословную различных генетических нарушений семьи, чтобы сообщить им о выборе брачного партнера, но это обходится дорого.

Одним из предостережений этого анализа является то, что мы рассматриваем только рецессивные летальные мутации. Могут быть и другие вредные рецессивные аллели, которые не совсем приводят к смерти, но все же серьезно вредят человеку с двумя плохими копиями. Пока они не влияют на рождаемость, они на самом деле не влияют на рост нашего населения, а только на то, сколько проблем у нашего населения будет.

Конечно, мы также не рассматриваем здесь стихийные бедствия, болезни, голод и другие негенетические факторы. Если Адам заболевает пневмонией из-за того, что носит только фиговый лист, или Еву укусила ядовитая змея, то генетика вообще не имеет значения.

• Примечание: это не безопасное предположение. При 4 детях существует вероятность 1/16, что мутация никогда не передастся никому из детей, вероятность 1/4 она будет передана только одному из них, вероятность 3/8 ее унаследуют 2 из них, Шанс 1/4 его получат 3 из них, и шанс 1/16 того, что летальный аллель будет присутствовать у всех 4 из них. Исход этой генетической лотереи чрезвычайно важен, и для правильного выполнения наших расчетов мы должны рассмотреть каждую возможность, но я боюсь, что это сделало бы этот ответ еще длиннее, чем он есть, и не изменило бы результат существенно.

Хорошей новостью является то, что при отсутствии болезней вокруг одно из последствий вашего низкого генетического разнообразия уменьшается. Плохая новость заключается в том, что маловероятно, что человечество выживет, однако это возможно.

Сначала нам нужно взглянуть на нулевое поколение (g ⁰ ). Астронавты, как правило, старше (средний возраст 34 года), а также проводят много времени в космосе, подвергаясь облучению. Допустим, нам немного повезло, и оба астронавта все еще фертильны и находятся на более молодом конце спектра, а женщине 30 лет.

У них осталось около 20 лет фертильности, хотя, если им не повезет, это может быть всего 10 лет.

Если они производят одного ребенка в год, и мы предполагаем, что в среднем 1 выживает при каждом рождении (что не является забытым выводом, поскольку современная медицина будет труднодоступна), тогда g 0 будет 2 человека, а ^g 1 ^будет от 10 до 20 человек. .

Теперь есть два варианта: вы можете либо соединить этих 10-20 человек друг с другом, либо для максимального использования оригинальной вариации генетической вариации самец g ⁰ может оплодотворить всех самок g ¹ . (Использование искусственного оплодотворения сделало бы это менее «неприятным», но у вас будет какая-то форма инцеста, что бы вы ни делали). Я не уверен, какой из этих подходов будет наиболее выгодным с генетической точки зрения, я думаю, что g ¹ <->g ¹ будет иметь самый высокий индивидуальный показатель успеха, но g ⁰ <->g ¹ представит наибольший общий результат. вариации в популяции.

Вам также следует подумать о чередовании пар, в частности, если пара произвела на свет ребенка, который показал последствия инбридинга, эта пара не должна снова спариваться.

Каким бы способом вы ни обрабатывали g ¹ , вы захотите создать древовидное отображение, кто связан с кем, и в каждом поколении объединять в пары наименее связанных людей. Людям, рожденным с вредными последствиями инбридинга, не разрешается размножаться, и оба родителя должны быть отмечены в карте разведения как носители этого рецессива. Затем родители должны быть объединены в пары с людьми, у которых до сих пор не было признаков того, что они являются носителями этого рецессива.

Со временем генетическое разнообразие вернется, и могут сформироваться более традиционные отношения, но пройдет много поколений, прежде чем это произойдет.

Как указывает @mikenichols, большой проблемой будет передача вредных генетических мутаций через принудительный инцест.

Если им так не повезло, что они оба несут один и тот же дефектный ген, это может иметь разрушительные последствия. 25% их детей проявят дефект. В сочетании с другими генетическими дефектами это может быть жестоко. Но если им достаточно повезет, а они этого не сделают, у их внуков по-прежнему будет высокий уровень младенческой смертности — см. пост Майка Николса и мои комментарии к нему — но должно выжить достаточное количество внуков, чтобы продолжить человеческий род. А смертельные случаи будут медленно снижать заболеваемость дефектным геном.

Предположительно, у них будет меньше генетического разнообразия, чем сейчас у человечества в целом. Хотя они будут нести много рецессивных генов, у них не будет полного набора всех существующих сейчас генов. (Если не считать каких-то экстраординарных совпадений, шансы против которых должны быть поразительными.) Наилучший шанс будет состоять в том, что два человека генетически максимально далеки друг от друга, например, если один из них — белый человек из Норвегии, а другой — черный человек из Нигерии или что-то в этом роде. Тем не менее, многим изолированным сообществам удается выживать и процветать. На отдаленных островах или глубоко в джунглях жили племена, которые веками не имели контактов с внешним миром, но при этом казались относительно здоровыми. Нет оснований полагать, что это само по себе было бы непреодолимой проблемой.

Снова ссылаясь на мои комментарии к сообщению Николса, предположим, что это правда, что средний человек несет 60 мутаций. Большинство из них, вероятно, тривиальны: ухо забавной формы, родинка и тому подобное. Некоторые будут серьезными. Вполне вероятно, что некоторые из них будут достаточно серьезными, чтобы стать изнурительными или фатальными при правильных (или неправильных) обстоятельствах. Некоторые из них, не являющиеся смертельными сами по себе, окажутся фатальными в сочетании с другими.

После потери генетическое разнообразие невозможно вернуть. Что ж, мутации создадут генетическое разнообразие, но не такое, какое вам нужно. Мутации — это случайные повреждения, а случайные повреждения не улучшают ситуацию. Попробуйте превратить свою Honda в Rolls, несколько раз бросив ее со скалы, и посмотрите, как это поможет. Никто никогда не наблюдал бесспорно выгодную мутацию. Даже если вы верите в эту сумасшедшую теорию эволюции, чтобы соответствовать наблюдаемым фактам, вы должны признать, что полезные мутации чрезвычайно редки, поэтому потребуются сотни тысяч лет, чтобы накопить даже горстку.

Еще одна большая проблема, которая приходит на ум: как вы поддерживаете какую-либо цивилизацию или экономику с таким небольшим населением? Предположим, у каждой женщины есть 10 детей, доживших до совершеннолетия. Это кажется очень оптимистичным, но даже в этом случае: второе поколение = 10, третье поколение = 50, четвертое поколение = 250. Для поддержания нашей нынешней технологии требуются многие тысячи специалистов. Вы полагаетесь на работу и знания других каждый день. Предположим, они решили, что хотят сделать какую-то электрическую проводку. Они должны были знать, где найти медную руду и как ее распознать. Затем они должны знать, как переплавить его в пригодный для использования металл и нанизать на провода. Будут ли они делать изоляцию из резины? Как выглядит каучуковое дерево и каков процесс извлечения каучука и превращения его в пригодную для использования форму? И т.п. Даже если предположить, что библиотеки выживут и смогут что-то найти, существуют ограничения на то, сколько может узнать один человек. Они могли бы продолжать использовать многие существующие артефакты, но создавать новые или даже ремонтировать те, что у них уже есть, будет очень сложно. И многие со временем заржавеют или разложатся, так что через несколько поколений в них, вероятно, не будет большей части старых технологий, которые все еще можно было бы использовать. Им пришлось бы начинать заново во многих отношениях. У них будет то преимущество, что если они будут достаточно умны, чтобы сохранить старые книги, то им не придется заново открывать или заново изобретать вещи. Это было бы похоже на падение Рима и знания, сохраненные монахами в миллион раз. но построить новые или даже отремонтировать уже имеющиеся будет очень сложно. И многие со временем заржавеют или разложатся, так что через несколько поколений в них, вероятно, не будет большей части старых технологий, которые все еще можно было бы использовать. Им пришлось бы начинать заново во многих отношениях. У них будет то преимущество, что если они будут достаточно умны, чтобы сохранить старые книги, то им не придется заново открывать или заново изобретать вещи. Это было бы похоже на падение Рима и знания, сохраненные монахами в миллион раз. но построить новые или даже отремонтировать уже имеющиеся будет очень сложно. И многие со временем заржавеют или разложатся, так что через несколько поколений в них, вероятно, не будет большей части старых технологий, которые все еще можно было бы использовать. Им пришлось бы начинать заново во многих отношениях. У них будет то преимущество, что если они будут достаточно умны, чтобы сохранить старые книги, то им не придется заново открывать или заново изобретать вещи. Это было бы похоже на падение Рима и знания, сохраненные монахами в миллион раз. Если они достаточно умны, чтобы сохранить старые книги, им не придется заново открывать или заново изобретать вещи. Это было бы похоже на падение Рима и знания, сохраненные монахами в миллион раз. Если они достаточно умны, чтобы сохранить старые книги, им не придется заново открывать или заново изобретать вещи. Это было бы похоже на падение Рима и знания, сохраненные монахами в миллион раз.

RE религиозные последствия: непосредственные потомки Адама и Евы должны были размножаться путем инцеста, как и непосредственные потомки Ноя. Не нужно большого богословского скачка, чтобы сказать: это экстремальная ситуация, Бог, несомненно, позволит нам нарушить общий закон, поскольку альтернативой является вымирание человечества, никому, кроме нас самих, не будет причинен вред, и больше вреда в том, чтобы не делать этого, чем в том, чтобы делать это. Я мог бы отметить, что лично для меня это сильно отличается от ситуации, когда единственный способ выжить — причинять вред другим. Я предполагаю, что могут быть христиане, или иудеи, или мусульмане, или представители любой другой религии, к которой, как вы полагаете, относятся эти люди, которые догматически заявят, что все заповеди от Бога должны пониматься без каких-либо исключений ни при каких обстоятельствах, и поэтому у нас нет другого выбора, кроме как позволить человеческому роду конец.

Приложение: Уровень дефектов

Предоставить Майку Николсу пост.

Рассмотрим только один ген. Назовем «хороший» ген «А», а плохой, мутировавший ген — «а». Тогда давайте предположим, что один родитель — АА, а другой — Аа.

Так:

Поколение 0: 1 АА + 1 Аа

Поколение 1: 50% АА + 50% Аа

Поколение 2: 25% будут детьми AA+AA, 50% AA+Aa и 25% Aa+Aa.

Из АА+АА 100% относятся к АА Из АА+Аа, 50% относятся к АА и 50% Аа Из Аа+Аа, 25% относятся к категории АА, 50% Аа и 25% относятся к категории Аа

Суммируя это, получаем:

АА=25% х 100% + 50% х 50% + 25% х 25% = 25% + 25% + 6,25% = 56,25%

Аа=25% х 0% + 50% х 50% + 25% х 50% = 0 + 25% + 12,5% = 37,5%

аа=25% х 0% + 50% х 0% + 25% х 25% = 0 + 0 + 6,25%

Таким образом, у внуков будет 6,25% встречаемости пары плохих генов, и, таким образом, они проявят рецессивную характеристику.

Если предположить, что у каждого родителя есть 2 таких плохих гена без перекрытия двух, то всего 4 плохих гена, каждый из которых проявится у 6,25% внуков. Вероятность того, что у ребенка не будет ни одного из них, равна 100 - 6,25 = 93,75. Таким образом, вероятность того, что не будет ни одного из четырех, составляет 93,75 ^ 4 = 77,25%. Итак, если предположить, что мы говорим здесь о фатальных мутациях, около 23% внуков будут иметь по крайней мере одну из 4 фатальных мутаций и умрут.

Маловероятно, что они смогут повторно заселиться, поскольку они начинают с такого ограниченного генетического разнообразия.

Однако, если бы они хотели попробовать, самым мудрым для них было бы разделить детей на пары и сделать так, чтобы каждая группа производила одного или нескольких детей, затем спаривать кузенов и идти дальше. Первоначальная пара должна попытаться произвести как можно больше собственных детей.

Просто как альтернативная возможность: используя ваш конкретный сценарий, если они вернутся на землю и в супермаркетах все еще есть еда (так что это не что-то вроде века спустя) - почему бы не поискать образцы спермы в банках спермы?

Я, очевидно, не эксперт, когда дело доходит до фактического использования таких образцов, но, как астронавты, они, вероятно, будут иметь достаточно научных знаний, чтобы прочитать информацию о процедурах для этого. У них достаточно времени, чтобы узнать об этом. Если им все же удастся сохранить эти образцы для будущих поколений, генетическое разнообразие не будет проблемой.