ความหลากหลายทางพันธุกรรมและประชากรขนาดเล็ก

ความแปรผันทางพันธุกรรมสูญเสียไปในประชากรขนาดเล็กได้อย่างไรผ่านการเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีนแบบสุ่ม (drift) และคอขวดประชากร (bottlenecks) และเหตุใดขนาดประชากรที่มีผลต่อการสืบพันธุ์ (effective population size) จึงเป็นตัวกำหนดอัตราการสูญเสียนั้น

Definition

ความหลากหลายทางพันธุกรรมคือความหลากหลายของอัลลีลและจีโนไทป์ภายในประชากรหรือสปีชีส์ ในประชากรขนาดเล็ก ความหลากหลายนี้จะลดลงโดยการเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีนแบบสุ่ม (genetic drift) ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงความถี่ของอัลลีลแบบสุ่ม ในอัตราที่กำหนดโดยขนาดประชากรที่มีผลต่อการสืบพันธุ์ ซึ่งเป็นจำนวนของแต่ละบุคคลที่มีส่วนร่วมทางพันธุกรรมต่อรุ่นถัดไป

Scope

ครอบคลุมถึงการกำเนิดและการลดลงของความหลากหลายทางพันธุกรรม กระบวนการเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีนแบบสุ่มและคอขวดประชากร และแนวคิดของขนาดประชากรที่มีผลต่อการสืบพันธุ์ในฐานะตัวกำหนดการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม รวมถึงการวัดความหลากหลาย เช่น เฮเทอโรไซโกซิตี (heterozygosity) และความหลากหลายของอัลลีล (allelic richness) และผลที่ตามมาของการสูญเสียความหลากหลายต่อศักยภาพในการปรับตัว ไม่รวมถึงผลกระทบต่อความเหมาะสมทางชีวภาพของการผสมพันธุ์ในหมู่ญาติ (หัวข้อที่เกี่ยวข้องกับการผสมพันธุ์ในสายเลือด) และการกำหนดหน่วยการจัดการ

Core questions

• การเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีนแบบสุ่มลดความหลากหลายในประชากรขนาดเล็กได้อย่างไร
• เหตุใดขนาดประชากรที่มีผลต่อการสืบพันธุ์จึงมักจะเล็กกว่าขนาดประชากรที่นับได้มาก
• ผลกระทบทางพันธุกรรมของคอขวดประชากรคืออะไร
• ความหลากหลายทางพันธุกรรมถูกวัดและติดตามได้อย่างไร

Key concepts

• การเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีนแบบสุ่ม
• ขนาดประชากรที่มีผลต่อการสืบพันธุ์
• คอขวดประชากร
• เฮเทอโรไซโกซิตีและความหลากหลายของอัลลีล
• การลดลงของความหลากหลายทางพันธุกรรม
• ผลกระทบของผู้ก่อตั้ง

Key theories

การเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีนแบบสุ่มในประชากรจำกัด

ในประชากรขนาดเล็ก ความถี่ของอัลลีลจะเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มในแต่ละรุ่น และอัลลีลที่หายากจะสูญหายไปได้ง่าย ทำให้ความหลากหลายลดลงเมื่อเวลาผ่านไป ยิ่งประชากรมีขนาดเล็กเท่าใด การสูญเสียก็จะยิ่งเร็วขึ้นเท่านั้น

ขนาดประชากรที่มีผลต่อการสืบพันธุ์

ขนาดที่มีผลต่อการสืบพันธุ์เป็นตัวกำหนดอัตราการเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีนแบบสุ่มและการผสมพันธุ์ในสายเลือด และจะลดลงเมื่ออัตราส่วนเพศไม่สมดุล ความแปรปรวนของความสำเร็จในการสืบพันธุ์ และจำนวนประชากรที่ผันผวน ทำให้โดยทั่วไปแล้วเป็นเพียงส่วนหนึ่งของขนาดประชากรที่นับได้

Clinical relevance

การประมาณขนาดประชากรที่มีผลต่อการสืบพันธุ์และการติดตามเฮเทอโรไซโกซิตีช่วยให้ผู้จัดการสามารถคาดการณ์การลดลงของความหลากหลายทางพันธุกรรมและกำหนดเป้าหมายสำหรับการฟื้นฟูประชากรและการจัดการการไหลของยีน การตระหนักถึงผลกระทบของคอขวดประชากรและผู้ก่อตั้งมีความสำคัญต่อการออกแบบโครงการเพาะพันธุ์ในกรงเลี้ยงและการนำกลับคืนสู่ธรรมชาติที่ยังคงรักษาศักยภาพในการปรับตัวไว้ได้

History

ทฤษฎีการเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีนแบบสุ่มและขนาดประชากรที่มีผลต่อการสืบพันธุ์ได้รับการพัฒนาโดย Sewall Wright และนักวิจัยคนอื่น ๆ ในการสังเคราะห์พันธุศาสตร์ประชากรช่วงต้นศตวรรษที่ 20 นักชีววิทยาการอนุรักษ์ได้นำมาประยุกต์ใช้ตั้งแต่ทศวรรษ 1980 เพื่อคาดการณ์การลดลงของความหลากหลายทางพันธุกรรมในสัตว์ใกล้สูญพันธุ์ และปัจจุบันวิธีการทางจีโนมิกส์ช่วยให้สามารถประมาณขนาดที่มีผลต่อการสืบพันธุ์และความหลากหลายในธรรมชาติได้โดยตรง

Debates

ขนาดประชากรที่มีผลต่อการสืบพันธุ์เท่าใดที่จำเป็นสำหรับการคงอยู่รอดในระยะยาว

กฎทั่วไป เช่น แนวทาง 50/500 ซึ่งเป็นขนาดที่มีผลต่อการสืบพันธุ์ขั้นต่ำเพื่อหลีกเลี่ยงการผสมพันธุ์ในสายเลือดและรักษาศักยภาพในการวิวัฒนาการ ได้รับการนำมาใช้อย่างแพร่หลายแต่ก็ยังเป็นที่ถกเถียงกัน โดยบางคนโต้แย้งว่าเกณฑ์ดังกล่าวควรจะสูงกว่านี้อย่างมาก

Key figures

• Sewall Wright
• Richard Frankham
• Fred Allendorf

Seminal works

• frankham2010
• allendorf2013
• primack2014

Frequently asked questions

การเปลี่ยนแปลงความถี่ของยีนแบบสุ่มคืออะไร

การเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มของความถี่ของอัลลีลจากรุ่นหนึ่งไปอีกรุ่นหนึ่ง เนื่องมาจากโอกาสที่แต่ละบุคคลจะสืบพันธุ์ ผลกระทบของมันจะรุนแรงที่สุดในประชากรขนาดเล็ก ซึ่งสามารถกำจัดรูปแบบที่หายากได้อย่างรวดเร็วและลดความหลากหลายลง

เหตุใดขนาดประชากรที่มีผลต่อการสืบพันธุ์จึงเล็กกว่าจำนวนที่นับได้จริง

ไม่ใช่ทุกบุคคลที่มีส่วนร่วมเท่าเทียมกันในรุ่นถัดไป อัตราส่วนเพศที่ไม่เท่ากัน ความแปรปรวนของความสำเร็จในการสืบพันธุ์ และความผันผวนของประชากร ล้วนลดขนาดที่มีผลต่อการสืบพันธุ์ทางพันธุกรรมให้ต่ำกว่าจำนวนที่นับได้ ซึ่งมักจะเป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของจำนวนนั้น