Proces ewolucyjny absolutnie każdego żyjącego gatunku na naszej planecie przeszedł zarówno etapy rozkwitu, jak i zwiększania liczby jego populacji oraz zmniejszania liczby okazów do kilku tysięcy, setek lub mniej. W tym drugim przypadku zwyczajowo mówi się o efekcie wąskiego gardła. Przyjrzyjmy się bliżej, co to oznacza.
Jaki jest efekt wąskiego gardła?
Wyobraźmy sobie, że istnieje jakaś żywa istota, reprezentowana przez sto tysięcy, a nawet kilka milionów kopii. W tak ogromnej populacji osobników tego gatunku można znaleźć wiele różnych cech. Na przykład będą osobniki o kolorze białym, czarnym, brązowym, cętkowanym; osobniki duże, małe i średnie; niektórzy będą szybcy, inni powolni, niektórzy będą mieli długie kończyny, inni będą mieli duże oczy. Ta lista cech i atrybutów może być kontynuowana przez długi czas. Wniosek jest tylko jeden: w populacji o dużej liczbie osobników istnieje ogromna różnorodność informacji genetycznej, czyli pula genówjest bogaty.
A teraz wyobraźmy sobie, że nastąpił jakiś kataklizm, który doprowadził do gwałtownego wyginięcia tego gatunku. W rezultacie z miliona osobników pozostało tylko kilkadziesiąt lub setki. Naturalnie, różnorodność genetyczna zostanie utracona. Osobniki, które przeżyły, niosą tylko kilka różnych alleli, z których powstaną kolejne pokolenia. To zmniejszenie puli genów jest efektem wąskiego gardła. Sytuacja jest dosłownie podobna do tego, że z szerokiej gamy kolorowych kulek obecnych w butelce, tylko kilka z nich zostało przelanych przez wąską szyjkę.
Efekt założycielski
Liczba osobników, które przeżyły etap „wąskiego gardła”, daje początek nowym pokoleniom. W stosunku do nich ta zmniejszona liczba osobników jest populacją założycielską lub rodzicielską.
Jeśli liczba osobników gatunku zostanie zmniejszona do 10 lub mniej, wtedy mówi się o ekstremalnym efekcie założycielskim. W tym przypadku praktycznie nie będzie różnorodności alleli w puli genowej kolejnych pokoleń, a te same cechy morfologiczne będą występować dość często.
W ten sposób efekty założyciela i wąskiego gardła są połączone ze sobą w jednym ewolucyjnym łańcuchu: pierwszy następuje po drugim.
Do czego prowadzą te efekty?
Innymi słowy, czy redukcja puli genów jest dobra czy zła? Odpowiedź na to pytanie nie jest tak prosta, jak się wydaje na pierwszy rzut oka. Oto pozytywy i negatywy, którewynikają z definicji efektu wąskiego gardła, czyli zmniejszenia różnorodności genetycznej danego gatunku:
- Zalety. W kolejnych populacjach ustala się określone cechy i mutacje, które mogą być korzystne dla osobników w tym środowisku.
- Wady. Niski poziom różnorodności genetycznej prowadzi do zmniejszenia zdolności gatunku do przystosowania się do zmian środowiskowych, czyli czyni go wrażliwym. Ponadto osoby często zaczynają mieć wady, które są dziedziczone.
Przykład geparda
Żywym przykładem efektu wąskiego gardła spowodowanego doborem ewolucyjnym jest współczesny gepard. Przed globalnym oblodzeniem naszej planety (czwartorzęd) istniało kilka gatunków gepardów w Afryce, Eurazji i Ameryce Północnej, które bardzo różniły się od współczesnego zarówno pod względem wielkości, jak i zdolności szybkości. Według niektórych szacunków łączna liczba gepardów na planecie może sięgać setek tysięcy osobników.
W okresie czwartorzędu, kiedy żywność stała się mniej dostępna, doszło do masowej śmiertelności wielu gatunków żywych stworzeń, w tym gepardów. Uważa się, że liczba tych ostatnich mogła wynosić zaledwie kilkaset osobników. Co więcej, przetrwały tylko najszybsze i najmniejsze osobniki, czyli wystąpił efekt wąskiego gardła dla gepardów.
Obecnie gepard jest ssakiem o wyjątkowo niskiej różnorodności genetycznej. Te bestie są słabeodporne na wszelkiego rodzaju choroby, a wszelkie próby wszczepienia w nie narządów kończą się niepowodzeniem. Ciało geparda praktycznie nie jest w stanie przystosować się do zmian w środowisku.
Sztuczna redukcja populacji
Na podstawie nazwy ten efekt wąskiego gardła jest już spowodowany ludzką ingerencją w naturę. Jest kilka przykładów:
- Słonie północne. W wyniku aktywnego polowania i eksterminacji tych zwierząt pod koniec XIX wieku na 150 tysięcy pozostało tylko 20 osobników.
- Żubr europejski i amerykański. Żubr na początku XX wieku liczył tylko 12 osobników (na 3600), a amerykański – 750 (na 370 tys.).
- Olbrzymie żółwie z Wysp Galapagos.
Zauważ, że ten efekt jest również używany przy selekcji nowych podgatunków roślin i zwierząt, w celu utrwalenia cech korzystnych dla ludzi.
Czy różnorodność genetyczna może się odbudować?
Odpowiedź na to pytanie brzmi: tak. Tak, może, ale do tego konieczne jest stworzenie odpowiednich warunków. Nawet jeśli rodzicielska grupa osobników była niewielka i w przeszłości występował silny efekt wąskiego gardła, różnorodność genetyczną można przywrócić w długim późniejszym procesie ewolucyjnym.
W tym celu środowisko musi zapewniać różne nisze dla siedliska tego gatunku, czyli samo środowisko musi być zróżnicowane. Następnie,przystosowując się do nowych warunków i stopniowo akumulując nowe mutacje, gatunek może przywrócić swoją pulę genów.
A co z ewolucją człowieka?
Różne kataklizmy o znanej historii nieustannie pochłaniały dziesiątki i setki tysięcy ludzkich istnień, co stworzyło efekt wąskiego gardła dla Homo Sapiens i innych gatunków ludzkich. Oto kilka przykładów:
- 75 tysięcy lat temu superwulkan Toba eksplodował w Indonezji. Jego wybuchową siłę szacuje się na 3000 wulkanów Świętej Heleny! Według niektórych założeń erupcja ta może zmniejszyć liczbę różnych typów ludzi do kilku tysięcy osób na całej Ziemi.
- W średniowieczu około 1/3 populacji Europy zmarła w wyniku czarnej zarazy.
- Podczas kolonizacji Nowego Świata przez Europejczyków pod koniec XV - pierwsza połowa XVI wieku, około 90% rdzennej ludności zostało zniszczone.
- W 1783 roku na Islandii wybuchł wulkan Lucky. Następnie dodano do niej głód i choroby, w wyniku których zmarło około 20% populacji wyspy.
Jeśli chodzi o obecną sytuację ludzi, ich różnorodność genetyczna jest dość duża, ponieważ populacja planety wynosi około 7,5 miliarda i jest rozmieszczona na całej Ziemi (różne warunki środowiskowe).
