모집단 크기

Population size

모집단 유전학 및 모집단 생태학에서 모집단 크기(일반적으로 N으로 표시됨)는 모집단 내 개별 유기체의 수입니다.모집단 크기는 유전적 표류의 양과 직접 관련이 있으며, 모집단 병목현상 및 [1]설립자 효과와 같은 영향의 근본 원인이다.유전적 표류는 집단 내 유전적 다양성의 감소의 주요 원천으로 고정성을 촉진하고 잠재적으로 종분화 현상을 [1]초래할 수 있다.

유전적 표류

하디-바인버그 평형을 유지하기 위해 필요한 다섯 가지 조건 중, 무한대의 개체 크기는 항상 위반될 것입니다; 이것은 어느 정도의 유전적 표류가 항상 [1]발생한다는 것을 의미합니다.인구 규모가 작을수록 유전적 표류가 증가하며, 이는 이러한 [2]집단에게 게놈 복잡성 획득에 진화적 이점을 준다는 가설을 세워왔다.다른 가설은 유전적 표류가 복잡성을 발달시키는 작은 집단에서 더 큰 역할을 하는 반면, 선택은 많은 집단이 복잡성을 [3]발달시키는 메커니즘이라고 가정한다.

모집단 병목현상과 설립자 효과

모집단 병목현상은 모집단의 유전적 다양성을 감소시키면서 모집단 규모가 단기간 동안 줄어들 때 발생한다.

창시자 효과는 더 큰 인구에서 소수의 개인이 새로운 집단을 형성하고 유전적 다양성을 감소시킬 때 발생하며, 원래 에른스트 [4]마이어에 의해 설명되었다.창시자 효과는 유전적 표류의 독특한 경우인데, 창시자 수가 적을수록 모집단 내에서 대립 유전자가 고정 쪽으로 더 빠르게 이동하게 되는 유전적 다양성이 감소했기 때문입니다.

유전자 표류 모델링

유전자 표류는 일반적으로 박테리아 집단 또는 디지털 시뮬레이션을 사용하여 실험실 환경에서 모델링된다.디지털 유기체에서 생성된 개체군은 개별 [3]유기체에 대한 차이 적합성, 변화 및 유전 세트를 포함한 다양한 매개변수에 기초하여 진화를 겪습니다.

로젠 외두 개의 다른 배지에 별도의 박테리아 균주를 사용합니다. 하나는 단순한 영양성분을 가지고 있고 다른 하나는 박테리아 집단이 [2]더 이질적으로 진화하도록 돕기 위해 알려진 영양소를 가지고 있습니다.박테리아 실험 설계에 기초한 디지털 시뮬레이션도 사용되었으며, 적합성과 유효 모집단 크기의 다양한 할당이 사용되었습니다. 단순하고 복잡한 환경[2] 내에서, 적은 모집단이 더 큰 모집단 변화를 보였습니다.유의한 [2]적합성의 다양성을 보이지 않는 더 큰 인구보다 더 많았다.모집단이 작을수록 적응력이 높아지고 복잡한 환경에서 적응 속도가 빨라진 반면, 단순 [2]환경에서는 모집단이 작을 때보다 적응 속도가 빨랐다.이러한 데이터는 소규모 모집단 내 변동 증가의 결과가 환경에 따라 달라진다는 것을 보여준다. 더 까다롭거나 복잡한 환경에서는 소규모 모집단 내 존재하는 변동이 더 큰 [2]이점을 제공할 수 있다.분석 결과, 소규모 집단은 환경의 복잡성과 관계없이 그룹 내 이질성으로 인한 적합성 수준이 더 높은 것으로 나타났다. 적응형 응답은 [2]더 복잡한 환경에서 증가한다.무성의 집단에서의 적응은 또한 돌연변이에 의해 제한되지 않는다. 이러한 집단 내의 유전적 변화가 [5]적응을 촉진할 수 있기 때문이다.소규모 집단은 이러한 모집단 내에서 광범위한 유익한 돌연변이 적응에 대한 제한된 접근으로 인해 더 많은 도전에 직면하는 경향이 있지만, 예측성이 떨어지고 모집단이 환경 [2]반응에서 더 많은 플라스틱을 사용할 수 있게 한다.소수 무성 집단에서의 시간 경과에 따른 적합성 증가는 모집단 규모 및 돌연변이율과 강하게 양의 상관관계가 있는 것으로 알려져 있으며, 유익한 돌연변이의 고정 확률은 모집단 규모 [6]및 돌연변이율과 반비례한다.

LaBar와 Adami는 유전체 복잡성을 축적하기 위한 다른 전략을 평가하기 위해 디지털 반수체 유기체를 사용한다.이 연구는 드리프트와 선택 모두 소인구와 대인구에서 각각 효과적이지만, 이러한 [3]성공은 여러 요인에 따라 결정된다는 것을 보여주었다.이 디지털 시스템에서 삽입 돌연변이를 관찰한 데이터는 적은 집단이 유해한 돌연변이의 고정에서 더 큰 게놈 크기를 진화시키고, 많은 집단이 유익한 [3]돌연변이의 고정에서 더 큰 게놈 크기를 진화시킨다는 것을 보여준다.소수 집단은 표류 주도 표현형 [3]복잡성 때문에 완전한 게놈 복잡성을 달성하는 데 유리한 것으로 나타났다.결실 돌연변이를 시뮬레이션했을 때, 가장 큰 모집단만이 유의한 적합성 [3]이점을 가졌다.이러한 시뮬레이션은 적은 집단이 증가하는 유전적 [3]표류에 의해 유해한 돌연변이를 수정한다는 것을 보여준다.이러한 이점은 높은 [3]멸종률로 인해 제한될 수 있습니다.더 큰 집단은 특정 유전자의 발현을 증가시키는 돌연변이를 통해 복잡성을 진화시킨다; 유해 대립 유전자의 제거는 더 큰 집단에서 더 복잡한 게놈의 발달을 제한하지 않으며, 게놈 내에서 유익하거나 기능하지 않는 요소를 야기하는 많은 수의 삽입 돌연변이가 [3]필요하지 않다.결실 돌연변이가 더 자주 발생할 때, 가장 큰 모집단은 일반적으로 더 큰 모집단이 새로운 [3]특징의 발달에 진화적 이점을 가지고 있음을 시사하는 이점을 가진다.

임계 돌연변이율

임계 돌연변이율, 즉 오류 임계값은 유전자 정보가 [7]후대에 파괴되기 전에 자기 복제 분자 내에 존재할 수 있는 돌연변이의 수를 제한한다.

이전 [8]연구 결과와 달리, 임계 돌연변이율은 반수체 [9]및 이배체 모집단의 모집단 크기에 따라 달라지는 것으로 알려져 있다.개체 수가 100명 미만일 때, 치명적인 돌연변이율은 초과할 수 있지만, 유전 물질의 손실을 초래하여 개체 수가 더 감소하고 [9]멸종될 가능성이 있다.이 '속도 제한'은 적응된 작은 무성애 집단에서 흔하며 [10]돌연변이율과는 무관하다.

유효 모집단 크기(Ne)

유효 개체수(Ne)는 "임의적인 유전적 표류 하에서 동일한 양의 대립 유전자 빈도 또는 고려 대상 개체와 동일한 양의 근친 교배를 보여주는 이상적인 개체 수"로 정의된다.N은e 보통 N(절대 모집단 크기)보다 작으며 보존 [11]유전학에서 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다.

개체수 과잉은 동물의 개체수가 생태적 [12]틈새의 운반 능력을 초과할 수 있는 모든 경우를 나타낼 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c Wright S (November 1929). "The Evolution of Dominance". The American Naturalist. 63 (689): 556–561. doi:10.1086/280290. S2CID 85301374.
  2. ^ a b c d e f g h Rozen DE, Habets MG, Handel A, de Visser JA (March 2008). "Heterogeneous adaptive trajectories of small populations on complex fitness landscapes". PLOS ONE. 3 (3): e1715. Bibcode:2008PLoSO...3.1715R. doi:10.1371/journal.pone.0001715. PMC 2248617. PMID 18320036.
  3. ^ a b c d e f g h i j LaBar T, Adami C (December 2016). "Different Evolutionary Paths to Complexity for Small and Large Populations of Digital Organisms". PLOS Computational Biology. 12 (12): e1005066. arXiv:1604.06299. Bibcode:2016PLSCB..12E5066L. doi:10.1371/journal.pcbi.1005066. PMC 5140054. PMID 27923053.
  4. ^ Provine WB (July 2004). "Ernst Mayr: Genetics and speciation". Genetics. 167 (3): 1041–6. doi:10.1093/genetics/167.3.1041. PMC 1470966. PMID 15280221.
  5. ^ Lang GI, Botstein D, Desai MM (July 2011). "Genetic variation and the fate of beneficial mutations in asexual populations". Genetics. 188 (3): 647–61. doi:10.1534/genetics.111.128942. PMC 3176544. PMID 21546542.
  6. ^ Gerrish PJ, Lenski RE (1998). "The fate of competing beneficial mutations in an asexual population". Genetica. 102–103 (1–6): 127–44. doi:10.1023/a:1017067816551. PMID 9720276. S2CID 15148583.
  7. ^ Eigen M (October 1971). "Selforganization of matter and the evolution of biological macromolecules". Die Naturwissenschaften. 58 (10): 465–523. Bibcode:1971NW.....58..465E. doi:10.1007/bf00623322. PMID 4942363. S2CID 38296619.
  8. ^ Gillespie JH (November 2001). "Is the population size of a species relevant to its evolution?". Evolution; International Journal of Organic Evolution. 55 (11): 2161–9. doi:10.1111/j.0014-3820.2001.tb00732.x. JSTOR 2680348. PMID 11794777.
  9. ^ a b Aston E, Channon A, Day C, Knight CG (2013-12-27). "Critical mutation rate has an exponential dependence on population size in haploid and diploid populations". PLOS ONE. 8 (12): e83438. Bibcode:2013PLoSO...883438A. doi:10.1371/journal.pone.0083438. PMC 3873944. PMID 24386200.
  10. ^ Arjan JA, Visser M, Zeyl CW, Gerrish PJ, Blanchard JL, Lenski RE (January 1999). "Diminishing returns from mutation supply rate in asexual populations". Science. 283 (5400): 404–6. Bibcode:1999Sci...283..404A. doi:10.1126/science.283.5400.404. JSTOR 2896813. PMID 9888858.
  11. ^ Husemann M, Zachos FE, Paxton RJ, Habel JC (October 2016). "Effective population size in ecology and evolution". Heredity. 117 (4): 191–2. doi:10.1038/hdy.2016.75. PMC 5026761. PMID 27553454.
  12. ^ Population Reference Bureau PRB (December 1988). "What is overpopulation?". Population Education Interchange. 17 (4): 1–2. PMID 12281798.