Сколько людей требуется для здорового повторного заселения Земли (после апокалипсиса)?

Предисловие
Этот вопрос очень похож (но не идентичен) на предыдущий вопрос World Builder ( Какова минимальная численность населения для содержания колонии ). Если вас интересуют этот вопрос и ответ, я рекомендую прочитать этот вопрос и ответы на него для получения дополнительной информации.

MVP
Термин, который вы ищете, — минимально жизнеспособное население .

Этот термин [MVP] используется в области биологии, экологии и природоохранной биологии. В частности, MVP — это наименьший возможный размер, при котором биологическая популяция может существовать, не подвергаясь вымиранию в результате стихийных бедствий или демографической, экологической или генетической стохастичности. Термин «популяция» редко относится к целому виду.

MVP обычно не означает выживание вида, но его также можно использовать для расчета.

В справке указано, что без участия человека это значение в среднем составляет немногим менее 5000 особей для наземных позвоночных.

Я помню, как читал, что вы можете сделать меньшие числа жизнеспособными с помощью человеческого вмешательства. Далее мои воспоминания. Я уже не помню ссылку, из которой я взял номера.

При численности 5000 особей
популяция жизнеспособна без вмешательства человека.

При 500 особях
пары могут оставаться моногамными, но пары для спаривания должны быть одобрены советом по генетике, чтобы обеспечить генетическое разнообразие и ограничить инбридинг.

В 50 человек
Каждый человек должен родить как можно больше детей от разных партнеров в течение своей жизни.

Совет по генетике должен одобрять все вязки. Пары могут создавать пары, но каждая пара может зачать только одного ребенка. Особи, которые образовали пары, по-прежнему должны будут спариваться вне своих отношений, пока размер популяции не станет больше и разнообразнее (вероятно, это невозможно в течение нескольких поколений).

Казалось, что 50 — это абсолютный минимум, и если вы рано потеряете очень много членов (из-за несчастного случая или болезни), это поставит под угрозу всю колонию.

Другое мнение:
Генетик на самом деле изучал связанный с этим вопрос , а именно "каков оптимальный размер экипажа для корабля поколений". «Оптимальным» считался наименьший экипаж, сохранивший приемлемое генетическое разнообразие (я не знаю, что он считал приемлемым) в течение 200-летнего плавания корабля / 10 поколений.

Его расчеты показывают, что для космического путешествия продолжительностью 200 лет, возможно, от восьми до 10 поколений, для поддержания стабильного населения необходимо минимальное количество 160 человек.

В конце этого путешествия экипаж должен быть повторно представлен большей популяции с большим генетическим разнообразием (большая целевая популяция или банк оплодотворенных яиц, чтобы гарантировать, что генетические проблемы не возникнут). В статье это прямо не говорится, но подразумевается что без введения этого разнообразия последствия инбридинга могут быть значительными.

«Уменьшение генетической изменчивости на самом деле довольно небольшое и меньше, чем в некоторых успешных небольших популяциях на Земле», — говорит он. «Это не будет значительным фактором, пока космические путешественники вернутся домой или будут взаимодействовать с другими людьми в конце 200-летнего периода».

При ответе на этот вопрос мы должны принять во внимание, что эти числа ниже минимума , необходимого для повторного заселения планеты, потому что для повторного заселения планеты наше население будет начинать со всем генетическим разнообразием, которое оно когда-либо получит.

Как уже предлагали другие, вы получите большее разнообразие, если будете выбирать членов для этого разнообразия, а не полагаться на случай. Приведенное выше число 160 человек предполагает, что члены этого населения были отобраны для разнообразия .

Также обратите внимание, что человек, создающий эту популяцию, может использовать возможность сконцентрировать воспринимаемые положительные черты в людях. Однако многие положительные черты (например, один из 1000 генов, влияющих на интеллект) часто несут с собой скрытые или рецессивные отрицательные черты. Скрининг генов необходимо проводить очень тщательно, чтобы избежать концентрации генов, которые в сочетании вызывают серьезные негативные побочные эффекты.

Люди сообщали, основываясь на исследованиях генетических узких мест, что в прошлый раз это могло быть около 10 000 человек. Может, Тоба и не виноват , но узкие места — часть нашей истории. Можно сделать вывод о количестве вариаций , но трудно сказать, сколько людей это означает, поскольку мы предполагаем, что до этого они были более разнообразными. Современным людям может понадобиться гораздо больше людей, чтобы достичь такого же разнообразия. Если бы выжившие были населением Квинса, штат Нью-Йорк, их было бы достаточно. Если бы они были изолированной деревней, всей деревни недостаточно.

В разделе «Проверка моделей миграции и оценка размера основной популяции в Полинезии с использованием последовательностей мтДНК человека». Мюррей-Макинтош Р. Скримшоу Б. Хэтфилд П. Пенни Д. (1998) У них есть удар по тому, сколько женщин изначально колонизировали Новую Зеландию. (Самки только потому, что используют митохондриальную ДНК).

Результаты согласуются с базовым населением, включающим 70 женщин (от 50 до 100).

Это не дает минимума, но показывает небольшое число, которое сработало.

Давайте займемся реальной математикой, чтобы попытаться оценить вещи. Во-первых, немного базовой генетики. Каждый член-основатель вашей популяции приносит с собой по 2 копии каждой из своих хромосом. В каждой из этих хромосом много тысяч генов, и подавляющее большинство из них прекрасно работает в каждом из нас. Но из-за случайных мутаций у некоторых людей есть копии генов, которые не работают. Часто это нормально, потому что у вас есть только одна сломанная копия, а другая ваша копия работает и способна компенсировать сломанный аллель. Генетики называют это гаплодостаточностью. Это означает, что сломанный ген или плохой аллель является рецессивным, в то время как рабочий ген или хороший аллель является доминантным. Плохой аллель вызывает проблемы только у людей, у которых есть две сломанные копии. Если у вас есть одна сломанная копия и одна рабочая копия, вы гетерозиготны по этому локусу, и вы являетесь переносчиком болезни. Если у вас есть две сломанные копии, вы гомозиготны по болезни и будете ею поражены.

Большинство плохих аллелей встречаются редко, потому что они отбираются естественным отбором. Носитель гена болезни рискует родить ребенка с болезнью только в том случае, если ему случится спариться с другим носителем того же заболевания. Вот почему инбридинг — это плохо. Когда два близкородственных человека спариваются, они с высокой вероятностью являются носителями одних и тех же генетических нарушений и, следовательно, имеют ребенка с двумя копиями плохого аллеля и, следовательно, заболевания.

Итак, время математики. Я собираюсь немного упростить ситуацию как для себя, так и для читателя, но результаты все равно должны быть достаточно близки к реальности.

Допустим, мы начинаем с популяции размером N. Это означает, что в нашем генофонде будет 2*N полных копий каждого гена или аллеля. Таким образом, если кто-либо из нашей начальной популяции размером N является носителем генетического заболевания, это генетическое заболевание будет существовать в нашей популяции с частотой 1/(2N). Частота хорошего аллеля в популяции будет 1 - 1/(2N). Назовем эти частоты q и p соответственно. Теперь есть 3 возможных генотипа или возможных генетических комбинаций. 2 хороших аллеля, 1 хороший аллель и 1 плохой аллель и 2 плохих аллеля. Для любой случайно перемешанной популяции вероятности для каждого из этих генотипов следующие: 2 хороших аллеля = p^2, 1 хороший и 1 плохой аллель = 2pq и 2 плохих аллеля = q^2. Обоснование этих цифр должно быть довольно простым. Вероятность наличия двух плохих аллелей равна квадрату частоты плохой аллели. Используя некоторую простую замену, мы теперь находим, что частота генетического нарушения, которое было привнесено в популяцию, будет (1/(2N))^2.

Давайте попробуем нашу формулу на реальном примере. Допустим, у нас есть начальная популяция из 10 человек. Один из наших 10 человек является носителем мутации в гене CFTR, что означает, что он является носителем муковисцидоза. Это означает, что 1/20 всех генов CFTR в нашем генофонде нарушены. Вероятность того, что ребенок в популяции получит 2 копии сломанного гена CFTR и, следовательно, будет иметь кистозный фиброз, составляет 1/20 * 1/20, или 1/400, или 0,25%. Теперь, это звучит не так уж плохо, верно? Проблема в том, что вашей исходной популяции очень повезет, если в ней будет только 1 носитель для 1 генетического расстройства. В совсем недавней статье подсчитано, что средний человек является носителем 1-2 рецессивных летальных мутаций: http://www.genetics.org/content/199/4/1243.full. Если бы каждый человек в нашей исходной популяции был носителем одного и того же рецессивного смертельного генетического заболевания, то каждое из этих 10 заболеваний унесло бы жизни примерно 0,25% нашей будущей популяции (чуть меньше, потому что иногда они возникали бы одновременно).

Давайте усугубим ситуацию и скажем, что у нас была только начальная популяция из 2 человек. Если бы каждый из этих людей был носителем одной рецессивной летальной мутации, тогда эти плохие аллели существовали бы в популяции с частотой 25%, а дети получили бы 2 плохих мутации. копирует 6,25% времени. При двух заболеваниях это означает, что примерно каждый восьмой ребенок умрет от генетических дефектов.

Давайте улучшим ситуацию и скажем, что у нас есть исходная популяция из 100 человек, каждый из которых несет 1 рецессивный летальный аллель. Каждое из этих 100 заболеваний теперь будет возникать только в 0,0025% случаев, что в общей сложности составляет 0,25% детской смертности.

Однако это только с учетом летальных мутаций. Вероятно, есть еще много мутаций, которые могут вызвать бесплодие, умственную отсталость и множество других проблем. Я не могу найти никаких данных о том, сколько из этих типов мутаций является носителем среднего человека, но, вероятно, это число выше, чем число рецессивных летальных мутаций, поскольку отбор против них не будет таким сильным.

Несколько дополнительных замечаний. Во-первых, эти эффекты инбридинга со временем будут постепенно уменьшаться. Каждый раз, когда ребенок рождается с двумя плохими копиями гена и умирает, эти две плохие копии удаляются из генофонда. Чем выше частота генетических нарушений, тем быстрее в популяции будут снижаться частоты плохих аллелей. Во-вторых, начальный размер популяции также будет определять, сколько поколений потребуется, прежде чем популяция станет достаточно смешанной, чтобы даже начал происходить инбридинг. В начальной популяции из 2 человек первое поколение должно будет скрещиваться, но в популяции в 100 человек пройдет много поколений, прежде чем кому-либо понадобится размножаться с кем-то, кто вообще связан с ними. В-третьих, когда начальный размер популяции невелик, результат также будет сильно различаться. Цифры, которые я вычислил выше, представляют собой средний результат, предполагающий, что популяция не бывает ни удачливой, ни неудачливой, в которой аллели передаются следующему поколению, но при небольшом начальном размере популяции несколько неудачных наследств плохих аллелей могут иметь позже катастрофические осложнения, тогда как некоторые удачные наследования хороших аллелей могут на раннем этапе удалить из популяции все плохие аллели. Небольшие популяции также будут иметь высокую степень вероятности того, насколько плохим станет инбридинг.

Хотя на самом деле я не предоставил вам конкретное число, я надеюсь, что математика позволит вам рассчитать свой собственный начальный размер популяции, учитывая ваше определение «относительно чистой».

Я думаю, вы могли бы иметь свободу диктовать число, если бы вы также диктовали генотипы потенциального нового населения.

Проблема с человечеством сегодня — с чисто естественной точки зрения (которая неизбежно будет звучать очень националистически-социалистической) — заключается в том, что на протяжении сотен, если не тысяч лет, человечество боролось с естественным отбором. Мы стремимся сохранить всю человеческую жизнь, включая тех, чьи фенотипы выражают рецессивные черты, которые делают их хрупкими или хрупкими, как люди, рожденные с физическими или умственными недостатками, вплоть до пищевой аллергии и депрессии. Проблема с инбридингом заключается в том, что из-за отсутствия вариаций эти рецессивные признаки проявляются чаще, что приводит к генетически неблагополучной популяции.

В своем вопросе вы указали случайных людей, что потребовало бы относительно большой популяции для обеспечения адекватной генетики. Но если бы племенная популяция была выбрана на основе силы их генотипов, то популяция могла бы быть намного меньше, и в результате человеческая раса была бы намного сильнее, потенциально свободной от всех генетических заболеваний, таких как рак, диабет и другие болезни, которые могут возникнуть. часто пропускают многие поколения, пока фенотип какого-нибудь неудачливого потомка не выразит ген.

Создание генетически совершенной популяции было предпосылкой фильма о Джеймсе Бонде «Лунный гонщик» . Злодей в этом фильме построил космическую станцию, которая должна была стать домом для генетически совершенных пар из каждой расы человечества (то есть не полностью националистически-социалистических) , а также пусковую установку, которая должна была доставить нервно-паралитический токсин, способный уничтожить все. человеческой жизни на планете (при сохранении жизни животных и растений), оставляя землю пустой и свободной для заселения новой «высшей расой людей».

Итак, у вас есть потенциал для создания постапокалиптического общества, которое проводит крайне аморальную политику по сегодняшним меркам, и все это во имя сохранения человеческой расы и превращения ее в более сильную, чем прежде. Подумайте о The 100 , только вместо того, чтобы отправлять людей в космос за то, что они преступники, они используют такие методы, как сериализация, чтобы предотвратить «заражение» родословных вредными аллелями.

Я понимаю, что человеческая популяция сократилась до 600 особей, с которыми связаны все люди, и поэтому люди имеют относительно низкое генетическое разнообразие по сравнению с другими обезьянами.

Я видел это вчера вечером в «Становании человеком — эпизод 3» на YouTube, если вам интересно узнать об этом подробнее.

Если они возвращаются на Землю после того, как чума (или что-то еще) прошла, все женщины в команде (которые, возможно, должны быть ВСЕ или почти все женщины) могут добывать существующие банки яиц, чтобы получить генетическое разнообразие. Я предполагаю, что оборудование для имплантации яйцеклеток все еще можно использовать. Другой вопрос, останутся ли яйца замороженными после трех лет отключения холодильника от сети, но это восстановление, похоже, запланировано, так что, возможно, ИБП выручит ситуацию.

Кроме того, почему вне Земли? Почему бы не остаться на Земле в изоляции?

И не то, чтобы это имело значение, но хороший выбор города-источника. Мы хорошая компания.

Не имея возможности дать вам точную цифру, я бы сказал, что это будет очень зависеть от степени предварительного отбора, который вы можете сделать до / во время процесса эвакуации, чем больше вы можете проверять и чем более избирательно вы можете быть, тем лучше потомство любой изолированной популяции, которую вы создадите, будет. Я подозреваю, что 5000, упомянутые в ответе Jim2B, были бы хорошей отправной точкой.

Это может не совсем соответствовать предпосылке вашего вопроса, но если ожидается, что уровень технологий останется примерно таким же, как сейчас, то вполне возможно, что очень небольшая популяция сможет поддерживать какое-то генетическое разнообразие посредством прямого манипулирования эмбриональной ДНК. Количество пар будет иметь не такое большое значение, как количество генетического материала, доступного для сплайсинга, и количество поколений, в которых популяция, как ожидается, будет подвергаться такому виду лечения.

Очевидно, что если бы первоначальная популяция была очень маленькой, то для размножения потребовались бы «родственные» особи, такие как брат и сестра. Это не помешает генетическому разнообразию (поскольку по замыслу эти два человека достаточно генетически различны, чтобы это не было проблемой), но могут возникнуть социальные барьеры в зависимости от культурных норм вашего постапокалиптического общества.

Даже в этом сценарии, вероятно, будет процент людей, которые станут бесплодными или умрут до рождения детей, но это зависит от факторов окружающей среды, которые я не могу здесь смоделировать. Предполагая, что процент низкий, было бы возможно (хотя и неприятно, как указано выше) заселить таким же количеством людей, как одна фертильная пара.

Ответ прост. К сожалению, поскольку большинство из нас уже состоит из некоторого процента врожденной генетики, это не так просто, но это основная теория.

Вам нужно 3 самки и 3 самца. Все они должны быть генетически удалены друг от друга в достаточной степени, чтобы сделать это правильно, но, как и в случае с цветами радуги, вам нужно всего 3 основных цвета, чтобы получить любой другой цвет, который вы можете себе представить, даже черный и серый. Поскольку люди не самовоспроизводятся, вам нужно 6 человек вместо 3. 3 мужчины и 3 женщины. Но так как нам нужны и самец, и самка, мы можем просто сказать, что нам нужны ТРИ ПЛЕМЕННЫХ ЕДИНИЦЫ.

Если все вовлеченные родители достаточно удалены друг от друга генетически, то теоретически это то же самое, что смешать эти 3 цвета вместе, чтобы получить какой-то случайный цвет, который, очевидно, желателен для потомства, чтобы предотвратить врожденные дефекты и трудности с обучением.

Вселенная любит число 3, и, конечно же, тетраэдры (треугольники) являются фундаментальными формами. У вас не может быть геометрического объекта с менее чем 3 сторонами. Попробуйте сделать подставку для столов с менее чем тремя ножками. Никакого обмана с растянутыми, усиленными основаниями для ног, так как это считается за более чем две ноги. Интересно да?

РЕДАКТИРОВАТЬ: между прочим, размножающиеся РОДИТЕЛИ будут скрещиваться с потомством противоположной племенной единицы, когда они станут достаточно взрослыми. Забыл положить это туда. Инбридинг в какой-то степени будет иметь место, но опять же, если бы мы просто продолжали менять всю нашу генетику, мы бы даже не были людьми. Некоторый уровень инбридинга приемлем, просто мы не умеем мыслить вне «правильных» рамок.