Het evolutionaire proces van absoluut elke levende soort op onze planeet doorliep zowel de stadia van bloei en toename van het aantal populaties, als het verminderen van het aantal exemplaren tot enkele duizenden, honderden of minder. In het laatste geval is het gebruikelijk om te spreken van het bottleneck-effect. Laten we eens nader bekijken wat dit betekent.
Wat is het knelpunteffect?
Laten we ons voorstellen dat er een soort levend wezen is, dat wordt vertegenwoordigd door honderdduizenden of zelfs enkele miljoenen exemplaren. In zo'n enorme populatie is een grote verscheidenheid aan eigenschappen te vinden bij individuen van deze soort. Er zullen bijvoorbeeld individuen zijn met een witte, zwarte, bruine, gevlekte kleur; grote, kleine en middelgrote individuen; sommigen zullen snel zijn, anderen langzaam, sommigen zullen lange ledematen hebben, anderen zullen grote ogen hebben. Deze lijst van kwaliteiten en attributen kan nog lang worden voortgezet. Er is maar één conclusie: in een populatie met een groot aantal individuen is er een grote verscheidenheid aan genetische informatie, namelijk de genenpoolis rijk.
Laten we ons nu eens voorstellen dat er een ramp plaatsvond, die leidde tot een scherpe uitsterving van deze soort. Als gevolg hiervan bleven er van een miljoen individuen slechts enkele tientallen of honderden over. Uiteraard gaat genetische diversiteit verloren. Overlevende individuen dragen slechts een paar verschillende allelen, waaruit volgende generaties zullen worden gevormd. Deze vermindering van de genenpool is een knelpunteffect. De situatie is letterlijk vergelijkbaar met het feit dat van een grote verscheidenheid aan gekleurde ballen die in een fles aanwezig zijn, er maar een paar door een smalle hals werden gegoten.
Oprichtereffect
Het aantal individuen dat de "bottleneck"-fase heeft overleefd, geeft aanleiding tot nieuwe generaties. In relatie tot hen is dit verminderde aantal individuen de oprichter of ouderpopulatie.
Als het aantal individuen van een soort wordt teruggebracht tot 10 of minder, dan is er sprake van een extreem stichtereffect. In dit geval zal er praktisch geen diversiteit aan allelen zijn in de genenpool van volgende generaties, en zullen dezelfde morfologische kenmerken vrij vaak voorkomen.
Zo zijn de effecten van de oprichter en de bottleneck met elkaar verbonden in één evolutionaire keten: de eerste volgt op de tweede.
Waar leiden deze effecten toe?
Met andere woorden, is de vermindering van genenpools goed of slecht? Het antwoord op deze vraag is niet zo eenvoudig als het op het eerste gezicht lijkt. Hier zijn de positieve en negatieve punten die:volgen uit de definitie van het knelpunteffect, d.w.z. de vermindering van de genetische diversiteit in een bepaalde soort:
- Pros. In volgende populaties worden specifieke eigenschappen en mutaties vastgesteld die gunstig kunnen zijn voor individuen in die omgeving.
- Nadelen. Een laag niveau van genetische diversiteit leidt tot een afname van het vermogen van een soort om zich aan te passen aan veranderingen in het milieu, dat wil zeggen, maakt het kwetsbaar. Bovendien beginnen individuen vaak defecten te krijgen die zijn geërfd.
Cheetah voorbeeld
Een levendig voorbeeld van het knelpunteffect veroorzaakt door evolutionaire selectie is de moderne cheeta. Vóór de wereldwijde ijsvorming van onze planeet (Kwartair), waren er verschillende soorten cheeta's in Afrika, Eurazië en Noord-Amerika, die zowel qua grootte als qua snelheid heel anders waren dan de moderne. Volgens sommige schattingen zou het totale aantal cheeta's op de planeet honderdduizenden individuen kunnen bereiken.
Tijdens het Kwartair, toen er minder voedsel beschikbaar kwam, was er een massale sterfte van veel soorten levende wezens, waaronder cheeta's. Er wordt aangenomen dat het aantal van de laatste slechts een paar honderd individuen zou kunnen zijn. Bovendien overleefden alleen de snelste en kleinste exemplaren, dat wil zeggen, er was een knelpunteffect voor cheeta's.
Momenteel is de cheeta een zoogdier met een extreem lage genetische diversiteit. Deze beesten zijn zwakresistent tegen allerlei ziekten, en alle pogingen om er organen in te implanteren eindigen in een mislukking. Het lichaam van de cheeta kan zich praktisch niet aanpassen aan veranderingen in de omgeving.
Kunstmatige populatiereductie
Op basis van de naam wordt dit knelpunteffect al veroorzaakt door menselijk ingrijpen in de natuur. Er zijn verschillende voorbeelden:
- Noordelijke zeeolifanten. Als gevolg van de actieve jacht op en uitroeiing van deze dieren aan het einde van de 19e eeuw, waren er van de 150 duizend slechts 20 individuen over.
- Europese en Amerikaanse bizon. Europese bizons aan het begin van de 20e eeuw waren er slechts 12 individuen (van de 3600) en Amerikaanse - 750 (van de 370 duizend).
- Reuzenschildpadden van de Galapagos-eilanden.
Merk op dat dit effect ook wordt gebruikt bij de selectie van nieuwe ondersoorten van planten en dieren, om eigenschappen die gunstig zijn voor de mens te consolideren.
Kan genetische diversiteit herstellen?
Het antwoord op deze vraag is ja. Ja, dat kan, maar hiervoor is het noodzakelijk om de juiste voorwaarden te creëren. Zelfs toen de ouderlijke groep individuen klein was en er in het verleden een sterk knelpunteffect was, kan genetische diversiteit worden hersteld in een lang daaropvolgend evolutionair proces.
Hiervoor moet de omgeving verschillende niches bieden voor de habitat van deze soort, dat wil zeggen dat de omgeving zelf divers moet zijn. Dan,Door zich aan te passen aan nieuwe omstandigheden en geleidelijk nieuwe mutaties op te bouwen, kan de soort zijn genenpool herstellen.
Hoe zit het met de menselijke evolutie?
Verschillende rampen uit de bekende geschiedenis hebben voortdurend tien- en honderdduizenden mensenlevens geëist, wat het effect van een knelpunt voor Homo Sapiens en andere menselijke soorten veroorzaakte. Hier zijn enkele voorbeelden:
- 75 duizend jaar geleden explodeerde de Toba-supervulkaan in Indonesië. Zijn explosieve kracht wordt als zodanig geschat op 3.000 Sint-Helena-vulkanen! Volgens sommige veronderstellingen zou deze uitbarsting het aantal verschillende soorten mensen op aarde kunnen terugbrengen tot enkele duizenden individuen.
- Tijdens de Middeleeuwen stierf ongeveer 1/3 van de bevolking van Europa als gevolg van de zwarte pest.
- Tijdens de kolonisatie van de Nieuwe Wereld door Europeanen aan het einde van de 15e - de eerste helft van de 16e eeuw, werd ongeveer 90% van de inheemse bevolking vernietigd.
- In 1783 explodeerde de Lucky-vulkaan in IJsland. Vervolgens kwamen er honger en ziekte bij, waardoor ongeveer 20% van de eilandbevolking stierf.
Wat betreft de huidige situatie met mensen, hun genetische diversiteit is vrij groot, aangezien de planeetbevolking ongeveer 7,5 miljard mensen omvat en deze over de hele aarde is verdeeld (verschillende omgevingscondities).
