Еволюційний процес абсолютно будь-якого живого виду на нашій планеті проходив як стадії розквіту і підвищення чисельності його популяцій, так і скорочення кількості примірників до кількох тисяч, сотень і менше. В останньому випадку прийнято говорити про ефект пляшкового горлечка. Розглянемо докладніше, що це означає.
В чому суть ефекту пляшкового горлечка?
Уявімо собі, що існує певний вид живої істоти, який представлений сотнею тисячею або навіть кількома мільйонами примірників. В такій величезній популяції можна знайти найрізноманітніші ознаки серед індивідуумів цього виду. Наприклад, будуть особини з білої, чорної, коричневої, плямистої забарвленням; великі, маленькі і середніх розмірів індивідууми; одні будуть швидкими, інші – повільні, в одних будуть довгі кінцівки, інші ж будуть відрізнятися великим розміром очей. Цей перелік якостей і ознак можна довго продовжувати. Висновок напрошується один: у популяції з великим числом особин велике розмаїття генетичної інформації, тобто генофонд є багатим.
Тепер уявімо, що стався деякий катаклізм, який призвів до різкого вимирання цього виду. В результаті з мільйона особин залишилося лише кілька десятків або сотень. Природно, що генетична різноманітність буде втрачено. Вижили особини є носієм лише декількох різних алелей, з яких і будуть формуватися наступні покоління. Таке скорочення генофонду – ефект пляшкового горлечка. Ситуація буквально схожа на те, що ніби з великої різноманітності кольорових кульок, присутніх в пляшці, висипали через вузьке горлечко лише деякі з них.
Ефект засновника
Число особин, що вижили, пройшовши через етап “пляшкового горлечка”, дає початок новим поколінням. По відношенню до них це редуцированное число індивідуумів є засновником, або батьківського популяцією.
Якщо число особин виду скоротилася до 10 і менше, тоді говорять про екстремальний ефект засновника. У цьому випадку в генофонді наступних поколінь практично не буде ніякого різноманіття алелів, і однакові морфологічні ознаки будуть зустрічатися досить часто.
Таким чином, ефекти засновника і пляшкового горлечка пов’язані один з одним в одну еволюційну ланцюжок: перший слід за другим.
До чого призводять ці ефекти?
Іншими словами, скорочення генофонду – це добре чи погано? Відповісти на це питання не так просто, як здається на перший погляд. Наведемо позитивні і негативні сторони, які випливають з визначення ефекту пляшкового горлечка, тобто скорочення генетичного різноманіття у даного виду:
- Плюси. У наступних популяцій закріплюються конкретні ознаки і мутації, які можуть виявитися корисними для особин в даній навколишньому середовищі.
- Мінуси. Низький рівень генетичного різноманіття веде до зниження здатності виду пристосовуватися до змін навколишнього середовища, тобто робить його вразливим. Крім того, у особин часто починають зустрічатися дефекти, які передаються спадково.
Приклад з гепардом
Яскравим прикладом ефекту пляшкового горлечка, який викликаний еволюційним відбором, є сучасний гепард. До того як відбулося глобальне обмерзання нашої планети (Четвертинний період), на території Африки, Євразії і Північної Америки існувало кілька видів гепардів, які сильно відрізнялися від сучасного як розмірами, так і швидкісними здібностями. За деякими оцінками, загальна чисельність гепардів на планеті могла досягати сотень тисяч особин.
Під час Четвертинного періоду, коли їжа стала менш доступною, сталася масова смертність багатьох видів живих істот, у тому числі і гепардів. Вважають, що чисельність останніх могла становити лише кілька сотень особин. Причому виживали лише найшвидші і мають невеликі розміри екземпляри, тобто стався ефект пляшкового горлечка для гепардів.
В даний час гепард – це ссавець з надзвичайно низьким генетичним розмаїттям. Ці звірі слабо стійкі до різного роду хвороб, а всякі спроби імплантації їм органів закінчуються провалом. Організм гепарда практично не здатний адаптуватися до змін у навколишньому середовищі.
Штучне скорочення чисельності популяції
Виходячи з назви, цей ефект пляшкового горлечка викликаний вже втручанням людини в природу. Прикладів можна навести декілька:
- Північні морські слони. В результаті активної полювання і винищення цих тварин в кінці XIX століття з 150 тисяч залишилося лише 20 особин.
- Європейські та американські бізони. Європейських бізонів на початку XX століття налічувалося всього 12 особин (3600), а американських – 750 (з 370 тисяч).
- Гігантські черепахи Галапагоських островів.
Зазначимо, що застосування цей ефект знаходить і в селекції нових підвидів рослин і тварин, з метою закріплення вигідних людині ознак.
Може відновитися генетичне різноманіття?
Відповідь на це питання є позитивним. Так, може, але для цього необхідно створити відповідні умови. Навіть коли батьківська група особин була незначною, і в минулому спостерігався сильний ефект пляшкового горлечка, генетичне різноманіття може бути відновлено у ході подальшого тривалого еволюційного процесу.
Для цього навколишнє середовище має надавати різні ніші для існування даного виду, тобто середовище сама повинна бути різноманітною. Тоді, пристосовуючись до нових умов і поступово накопичуючи нові мутації, вид може відновити свій генофонд.
Що можна сказати про еволюцію людини?
Різні катаклізми відомої нам історії постійно несли десятки і сотні тисяч людських життів, що створювало ефект пляшкового горлечка для Homo Sapiens та інших видів людини. Наведемо деякі приклади:
- 75 тис. років тому в Індонезії вибухнув супервулкан Тоба. Його сила вибуху оцінюється як така в 3000 вулканів Святої Єлени! За деякими припущеннями, це виверження могло скоротити чисельність різних видів людей до кількох тисяч особин на всій Землі.
- У Середні століття близько 1/3 населення Європи померло в результаті чорної чуми.
- Під час колонізації європейцями Нового Світу наприкінці XV – першої половини XVI століттях було знищено близько 90% корінного населення.
- У 1783 році в Ісландії стався вибух вулкана Лакі. Згодом до нього додалися голод і хвороби, в результаті чого загинуло близько 20% населення острова.
Що стосується сучасної ситуації з людиною, то його генетичне різноманіття є досить великим, оскільки населення планети становить близько 7,5 млрд і воно розподілено по всій території Землі (різні умови середовища існування).
