Эффект бутылочного горлышка

Эффект «бутылочного горлышка» — 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.

Периоды в истории популяции

Наглядное отображение

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.

Эффект бутылочного горлышка в реальных популяциях

Самка гепарда с детёнышем

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. 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.

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.

Ещё один пример — это шарпей. Сильнейший удар по китайским собакам, в том числе и шарпеям, нанесла Коммунистическая партия Китая, пришедшая к власти в конце 1940-х годов. Она сочла домашних животных роскошью и наложила на владельцев собак непомерно большие налоги. Позже Мао Цзэдун издал декрет, объявивший домашних животных символом бесполезности привилегированного класса, и приказал приступить к их массовому уничтожению — так во времена «Культурной революции» эта порода (наряду со всеми остальными) была почти полностью уничтожена. К 1950 году было известно о существовании лишь нескольких помётов шарпеев на Тайване и в Аомыне (Макао). В 1965 году С. М. Чен вывел шарпея по кличке Лаки. Через год Лаки был приобретён заводчиком Германом Смитом и стал первым шарпеем, завезённым в США (до 1970 года собака не была зарегистрирована), а за два последующих года в США были импортированы пять собак. В 1971 году в журнале Dogs вышла статья о редких породах со снимком шарпея и подписью: «Возможно, это последний выживший представитель породы». Увидев эту статью, заводчик Матго Лоу обратился к американским любителям собак с просьбой о помощи в спасении шарпеев от вымирания и представил конкретный план возрождения породы. С 1970 по 1975 год небольшая группа людей разыскивала и покупала уцелевших собак, переправляя их в Гонконг для восстановления породы. Эти немногочисленные собаки и стали основоположниками китайского шарпея, распространившегося сегодня по всему миру. Поскольку существование породы оставалось под угрозой, выбирать особенно не приходилось, и нужно было использовать все хоть сколько-нибудь ценные кровные линии. В первых вязках участвовали собаки различных типов, как правило, без документированной родословной. В целях возвращения породе некоторого подобия оригинального типа шарпея прибегали к инбридингу. Публикация статьи Лоу вызвала более 2000 запросов на приобретение шарпеев. При этом импортированные шарпеи сильно отличались от своих нынешних сородичей — прежде всего высоконогостью, изяществом, сухостью костяка и высотой в холке.

Человеческая популяция

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).

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

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.

В технике

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.