Эффект бутылочного горлышка

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 факторов эволюции.

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.

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.

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^[1]. В случае восстановления численности видов, находившихся на грани вымирания, также происходит снижение генетического разнообразия, обусловленное эффектом бутылочного горлышка.

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^[2].

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^[3].

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)^[4][5].

В 2008 году в журнале The American Journal of Human Genetics появилось предположение, что около 75 000 лет назад^[6] после извержения супервулкана Тоба численность человеческой популяции сократилась до 2 тысяч человек^[7][8]. Высказано мнение, что из африканской популяции людей, предковой для всего человечества, это событие пережило около 10 тысяч человек^[9][10].

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^[11]. 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^[12][13].

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.

• Гаплогруппы
• Финские наследственные заболевания
• Эффект основателя

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