Absoluuttisesti minkä tahansa planeetallamme elävän lajin evoluutioprosessi kävi läpi sekä kukoistuksen ja populaatioiden määrän kasvun vaiheet että yksilöiden määrän vähentämisen useisiin tuhansiin, satoihin tai vähemmän. Jälkimmäisessä tapauksessa on tapana puhua pullonkaulavaikutuksesta. Katsotaanpa tarkemmin, mitä tämä tarkoittaa.
Mikä on pullonkaulaefekti?
Kuvitellaan, että on olemassa jonkinlainen elävä olento, jota edustaa satatuhatta tai jopa useita miljoonia kopioita. Tällaisessa v altavassa populaatiossa tämän lajin yksilöistä löytyy monenlaisia piirteitä. Esimerkiksi henkilöitä, joilla on valkoinen, musta, ruskea, pilkullinen väri; suuret, pienet ja keskikokoiset yksilöt; jotkut ovat nopeita, toiset hitaita, joillakin on pitkät raajat, toisilla on suuret silmät. Tätä ominaisuuksien ja ominaisuuksien luetteloa voidaan jatkaa pitkään. Siitä on vain yksi johtopäätös: populaatiossa, jossa on suuri määrä yksilöitä, on suuri valikoima geneettistä informaatiota, eli geenipoolion rikas.
Kuvitellaan nyt, että tapahtui jonkinlainen kataklysmi, joka johti tämän lajin jyrkkään sukupuuttoon. Tämän seurauksena miljoonasta yksilöstä jäi jäljelle vain muutamia kymmeniä tai satoja. Luonnollisesti geneettinen monimuotoisuus katoaa. Eloonjääneillä yksilöillä on vain muutamia erilaisia alleeleja, joista muodostuvat seuraavat sukupolvet. Tämä geenipoolin väheneminen on pullonkaulavaikutus. Tilanne on kirjaimellisesti samanlainen kuin se, että pullossa olevista lukuisista värillisistä palloista vain muutama niistä kaadettiin kapean kaulan läpi.
Perustajaefekti
Pullonkaulavaiheesta selviytyneiden yksilöiden määrä synnyttää uusia sukupolvia. Suhteessa heihin tämä vähentynyt yksilöiden määrä on perustaja- tai emopopulaatio.
Jos lajin yksilöiden lukumäärä vähennetään kymmeneen tai alle, puhutaan äärimmäisestä perustajavaikutuksesta. Tässä tapauksessa seuraavien sukupolvien geenipoolissa ei käytännössä ole alleelien monimuotoisuutta, ja samoja morfologisia piirteitä esiintyy melko usein.
Siten perustajan ja pullonkaulan vaikutukset liittyvät toisiinsa yhdeksi evoluutioketjuksi: ensimmäinen seuraa toista.
Mihin nämä vaikutukset johtavat?
Toisin sanoen, onko geenipoolin vähentäminen hyvä vai huono asia? Vastaus tähän kysymykseen ei ole niin yksinkertainen kuin miltä ensi silmäyksellä näyttää. Tässä ovat positiiviset ja negatiiviset puoletseuraa pullonkaulavaikutuksen määritelmästä eli geneettisen monimuotoisuuden vähenemisestä tietyssä lajissa:
- Ammattilaiset. Myöhemmissä populaatioissa tietyt ominaisuudet ja mutaatiot ovat kiinteät, jotka voivat olla hyödyllisiä yksilöille kyseisessä ympäristössä.
- Haitat. Alhainen geneettinen monimuotoisuus johtaa lajin sopeutumiskyvyn heikkenemiseen ympäristön muutoksiin, eli tekee siitä haavoittuvan. Lisäksi yksilöillä alkaa usein olla perinnöllisiä vikoja.
Gepardi esimerkki
Eloisa esimerkki evolutionaarisen valinnan aiheuttamasta pullonkaulavaikutuksesta on moderni gepardi. Ennen planeettamme globaalia jäätymistä (kvaternaarikausi) Afrikassa, Euraasiassa ja Pohjois-Amerikassa oli useita gepardilajeja, jotka poikkesivat suuresti nykyisestä sekä kooltaan että nopeudeltaan. Joidenkin arvioiden mukaan gepardien kokonaismäärä planeetalla voi nousta satoihin tuhansiin yksilöihin.
Kvaternaarikaudella, kun ruokaa oli vähemmän saatavilla, monien elävien olentojen lajien, mukaan lukien gepardien, massakuolleisuus tapahtui. Jälkimmäisten lukumäärän uskotaan olevan vain muutama sata yksilöä. Lisäksi vain nopeimmat ja pienimmät yksilöt selvisivät, eli gepardeille oli pullonkaulavaikutus.
Tällä hetkellä gepardi on nisäkäs, jolla on erittäin alhainen geneettinen monimuotoisuus. Nämä pedot ovat heikkojavastustuskykyisiä kaikenlaisille sairauksille, ja kaikki yritykset istuttaa niihin elimiä päättyvät epäonnistumiseen. Gepardin keho ei käytännössä pysty sopeutumaan ympäristön muutoksiin.
Keinotekoinen väestön vähentäminen
Nimen perusteella tämä pullonkaulavaikutus johtuu jo ihmisen toiminnasta luontoon. Esimerkkejä on useita:
- Pohjoinen norsuhylkeet. Aktiivisen metsästyksen ja näiden eläinten hävittämisen seurauksena 1800-luvun lopulla 150 tuhannesta jäi jäljelle vain 20 yksilöä.
- Euroopan ja Amerikan biisoni. Euroopan biisoneja oli 1900-luvun alussa vain 12 yksilöä (3 600:sta) ja amerikkalaisissa - 750 (370 tuhannesta).
- Galapagossaarten jättiläiskilpikonnat.
Huomaa, että tätä vaikutusta käytetään myös uusien kasvien ja eläinten alalajien valinnassa ihmisille hyödyllisten ominaisuuksien vahvistamiseksi.
Voiko geneettinen monimuotoisuus palautua?
Vastaus tähän kysymykseen on kyllä. Kyllä, voi, mutta tätä varten on luotava asianmukaiset olosuhteet. Vaikka vanhempien yksilöiden ryhmä oli pieni ja aiemmin oli voimakas pullonkaulavaikutus, geneettinen monimuotoisuus voidaan palauttaa pitkässä myöhemmässä evoluutioprosessissa.
Tätä varten ympäristön tulee tarjota erilaisia paikkoja tämän lajin elinympäristölle, eli ympäristön itsensä on oltava monimuotoinen. Sitten,Sopeutuessaan uusiin olosuhteisiin ja kerääntyessään vähitellen uusia mutaatioita, laji voi palauttaa geenipoolinsa.
Entä ihmisen evoluutio?
Erilaiset tunnetun historian kataklysmit vaativat jatkuvasti kymmeniä ja satoja tuhansia ihmishenkiä, mikä loi pullonkaulan Homo Sapiensille ja muille ihmislajeille. Tässä muutamia esimerkkejä:
- 75 tuhatta vuotta sitten Toban supertulivuori räjähti Indonesiassa. Sen räjähdysvoimaksi arvioidaan 3000 Pyhän Helenan tulivuorta! Joidenkin oletusten mukaan tämä purkaus voisi vähentää erityyppisten ihmisten määrää useisiin tuhansiin yksilöihin ympäri maapalloa.
- Keskiajalla noin 1/3 Euroopan väestöstä kuoli mustan ruton seurauksena.
- Eurooppalaisten 1400-luvun lopulla - 1500-luvun ensimmäisellä puoliskolla kolonisoimassa uutta maailmaa noin 90 % alkuperäisväestöstä tuhoutui.
- Vuonna 1783 Lucky-tulivuori räjähti Islannissa. Myöhemmin siihen lisättiin nälkä ja sairaudet, minkä seurauksena noin 20 % saaren väestöstä kuoli.
Ihmisten nykytilanteen os alta heidän geneettinen monimuotoisuus on melko suuri, koska planeetan väkiluku on noin 7,5 miljardia ja se on jakautunut ympäri maapallon (erilaiset ympäristöolosuhteet).
