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Cuello de botella demográfico seguido de recuperación o extinción

Un cuello de botella poblacional o un cuello de botella genético es una fuerte reducción en el tamaño de una población debido a eventos ambientales como hambrunas, terremotos, inundaciones, incendios, enfermedades y sequías o actividades humanas como los especicidas y la planificación de la población humana . Tales eventos pueden reducir la variación en el acervo genético de una población; a partir de entonces, queda una población más pequeña, con una diversidad genética menor , para transmitir genes a las generaciones futuras de descendencia a través de la reproducción sexual.. La diversidad genética sigue siendo menor, aumentando solo cuando ocurre el flujo de genes de otra población o aumentando muy lentamente con el tiempo a medida que ocurren mutaciones aleatorias . [1] [ fuente autoeditada ] Esto da como resultado una reducción en la robustez de la población y en su capacidad para adaptarse y sobrevivir a cambios ambientales seleccionados , como el cambio climático o un cambio en los recursos disponibles. [2] Alternativamente, si los supervivientes del cuello de botella son los individuos con la mayor aptitud genética , la frecuencia de los genes más adaptados dentro del acervo genético aumenta, mientras que el conjunto mismo se reduce.

La deriva genética causada por un cuello de botella en la población puede cambiar la distribución aleatoria proporcional de los alelos e incluso conducir a la pérdida de alelos . Las posibilidades de consanguinidad y homogeneidad genética pueden aumentar, lo que posiblemente lleve a una depresión por consanguinidad . Un tamaño de población más pequeño también puede causar la acumulación de mutaciones deletéreas. [3]

Los cuellos de botella de la población juegan un papel importante en la biología de la conservación (ver tamaño mínimo viable de la población ) y en el contexto de la agricultura ( control biológico y de plagas ). [4]

Los científicos han sido testigos de cuellos de botella en la población del bisonte americano, los pollos de las praderas mayores, los elefantes marinos del norte, los hámsteres dorados y los guepardos. Los petirrojos de Nueva Zelanda experimentaron un cuello de botella de cinco individuos, todos descendientes de una sola hembra. Los genetistas han encontrado evidencia de cuellos de botella pasados ​​en pandas, monos dorados de nariz chata y humanos.

Tamaño mínimo de población viable [ editar ]

Artículo principal: Población mínima viable

En biología de la conservación , el tamaño mínimo de la población viable (MVP) ayuda a determinar el tamaño efectivo de la población cuando una población está en riesgo de extinción . [5] [6] Los efectos de un cuello de botella en la población a menudo dependen del número de individuos que quedan después del cuello de botella y cómo se compara con el tamaño mínimo viable de la población.

Efectos de fundador [ editar ]

Puede ocurrir una forma ligeramente diferente de cuello de botella si un pequeño grupo se separa reproductivamente (por ejemplo, geográficamente) de la población principal, como a través de un evento fundador , por ejemplo, si algunos miembros de una especie colonizan con éxito una nueva isla aislada, o de un pequeño cautivo programas de cría como animales en un zoológico. Alternativamente, las especies invasoras pueden sufrir cuellos de botella de población a través de eventos fundadores cuando se introducen en su área de distribución invadida. [7]

Ejemplos [ editar ]

Humanos [ editar ]

Ver también: Efecto fundador § Entre poblaciones humanas

Según un modelo de 1999 , se produjo un grave cuello de botella en la población, o más específicamente una especiación en toda regla , entre un grupo de Australopithecina cuando hicieron la transición a la especie conocida como Homo erectus hace dos millones de años. Se cree que deben haber ocurrido cuellos de botella adicionales desde que el Homo erectus comenzó a caminar por la Tierra, pero los datos arqueológicos, paleontológicos y genéticos actuales son inadecuados para brindar mucha información confiable sobre tales cuellos de botella conjeturados. Dicho esto, no se puede descartar la posibilidad de un grave cuello de botella reciente en toda la especie. [8]

Un estudio de 2005 de la Universidad de Rutgers teorizó que las poblaciones nativas de las Américas anteriores a 1492 son descendientes de solo 70 individuos que cruzaron el puente terrestre entre Asia y América del Norte. [9]

Teoría de la catástrofe de Toba [ editar ]

Artículo principal: teoría de la catástrofe de Toba

La controvertida teoría de la catástrofe de Toba , presentada a fines de la década de 1990 hasta principios de la de 2000, sugirió que un cuello de botella de la población humana ocurrió hace aproximadamente 75,000 años, proponiendo que la población humana se redujo a quizás 10,000-30,000 individuos [10] cuando el supervolcán Toba en Indonesia estalló y provocó un cambio ambiental importante. Se propuso la existencia de cuellos de botella paralelos entre chimpancés , gorilas , macacos rhesus , orangutanes y tigres . [11] La hipótesis se basó en evidencia geológica de cambio climático repentino y enevidencia de coalescencia de algunos genes (incluido el ADN mitocondrial , el ADN del cromosoma Y y algunos genes nucleares ) [12] y el nivel relativamente bajo de variación genética en los seres humanos. [10]

Sin embargo, investigaciones posteriores, especialmente en la década de 2010, parecieron refutar tanto el argumento climático como el argumento genético. Investigaciones recientes muestran que el alcance del cambio climático fue mucho menor de lo que creían los defensores de la teoría. [13] El material genético heredado exclusivamente del padre o de la madre puede rastrearse en el tiempo a través de la ascendencia matrilineal o patrilineal. [14]

En 2000, un artículo de Biología Molecular y Evolución sugirió un modelo de trasplante o un "cuello de botella largo" para dar cuenta de la variación genética limitada, en lugar de un cambio ambiental catastrófico. [8] Esto sería coherente con las sugerencias de que en el África subsahariana los números podrían haber caído en momentos tan bajos como 2.000, durante quizás hasta 100.000 años, antes de que los números comenzaran a expandirse nuevamente en la Edad de Piedra Tardía . [15]

Otros animales [ editar ]

Año
Bisonte americano (est)
Antes de 149260.000.000
1890750
2000360.000

El bisonte europeo , también llamado Wisent (Bison bonasus), se enfrentó a la extinción a principios del siglo XX. Todos los animales que viven hoy en día descienden de 12 individuos y tienen una variación genética extremadamente baja, lo que puede estar comenzando a afectar la capacidad reproductiva de los toros. [dieciséis]

La población de bisontes americanos (Bison bison) disminuyó debido a la caza excesiva, lo que casi lleva a la extinción alrededor del año 1890, aunque desde entonces ha comenzado a recuperarse (ver tabla).

La caza excesiva llevó al elefante marino del norte al borde de la extinción a fines del siglo XIX. Aunque han regresado, la variación genética dentro de la población sigue siendo muy baja.

Un ejemplo clásico de cuello de botella en la población es el del elefante marino del norte , cuya población se redujo a unos 30 en la década de 1890. Aunque ahora asciende a cientos de miles, persiste la posibilidad de que se produzcan cuellos de botella dentro de las colonias. Los toros dominantes pueden aparearse con la mayor cantidad de hembras, a veces hasta 100. Con tanta descendencia de una colonia descendiente de un solo macho dominante, la diversidad genética es limitada, lo que hace que la especie sea más vulnerable a enfermedades y mutaciones genéticas. El hámster dorado es una especie de cuello de botella similar, con la gran mayoría de hámsters domesticados descendientes de una sola camada encontrada en el desierto sirio alrededor de 1930, y quedan muy pocos hámsteres dorados salvajes.

Un ejemplo extremo de un cuello de botella poblacional es el petirrojo de Nueva Zelanda , del cual cada espécimen actual es descendiente de una sola hembra, llamada Old Blue. La población de Black Robin todavía se está recuperando de su punto más bajo de solo cinco individuos en 1980.

El genoma del panda gigante muestra evidencia de un cuello de botella severo hace unos 43.000 años. [17] También hay evidencia de al menos una especie de primates, el mono dorado de nariz chata , que también sufrió un cuello de botella en esta época. Se sospecha que un evento ambiental desconocido ha causado los cuellos de botella observados en ambas especies. Los cuellos de botella probablemente causaron la baja diversidad genética observada en ambas especies.

En ocasiones, se pueden inferir otros hechos a partir de un cuello de botella poblacional observado. Entre las tortugas gigantes de las Islas Galápagos , que son un excelente ejemplo de un cuello de botella, la población comparativamente grande en las laderas del volcán Alcedo es significativamente menos diversa que otras cuatro poblaciones de tortugas en la misma isla. Los análisis de ADN fechan el cuello de botella en unos 88.000 años antes del presente ( YBP ). [18] Alrededor de 100.000 YBP, el volcán entró en erupción violentamente, enterrando profundamente gran parte del hábitat de las tortugas en piedra pómez y ceniza.

Antes de que los europeos llegaran a América del Norte , las praderas servían de hábitat para los pollos de las praderas más grandes . En Illinois, solo, el número de pollos mayores pradera cayó de más de 100 millones en 1900 a alrededor de 50 en 1990. Estos descensos en la población fueron el resultado de la caza y la destrucción de su hábitat , pero las consecuencias aleatorios también han causado una gran pérdida en la diversidad de especies. El análisis de ADN que compara las aves de 1990 y mediados de siglo muestra un fuerte declive genético en las últimas décadas. El pollo de la pradera mayor está experimentando actualmente un escaso éxito reproductivo. [19] [ fuente no confiable? ]

Los cuellos de botella de la población también representan una gran amenaza para la estabilidad de las poblaciones de especies. Papilio homerus es la mariposa más grande de América y está en peligro de extinción según la UICN. La desaparición de una población central representa una gran amenaza de cuello de botella demográfico. Las dos poblaciones restantes están ahora geográficamente aisladas y las poblaciones enfrentan un futuro inestable con una oportunidad restante limitada para el flujo de genes. [20]

Existen cuellos de botella genéticos en los guepardos . [21] [22]

Crianza selectiva [ editar ]

Los cuellos de botella también existen entre los animales de raza pura (por ejemplo, perros y gatos : pugs , persas ) porque los criadores limitan sus reservas genéticas a unos pocos individuos (ganadores de espectáculos) por su apariencia y comportamiento. El uso extensivo de animales individuales deseables con exclusión de otros puede resultar en un efecto de padre popular .

La cría selectiva de razas de perros provocó estrechos cuellos de botella específicos de cada raza. [23] Estos cuellos de botella han llevado a que los perros tengan un promedio de 2 a 3% más de carga genética que los lobos grises . [24] Los estrictos programas de reproducción y los cuellos de botella de la población han llevado a la prevalencia de enfermedades como enfermedades cardíacas, ceguera, cánceres , displasia de cadera, cataratas y más. [23]

El mejoramiento selectivo para producir cultivos de alto rendimiento ha causado cuellos de botella genéticos en estos cultivos y ha llevado a la homogeneidad genética. [25] Esta diversidad genética reducida en muchos cultivos podría conducir a una mayor susceptibilidad a nuevas enfermedades o plagas, lo que amenaza la seguridad alimentaria mundial. [26]

Plantas [ editar ]

La investigación mostró que hay cantidades increíblemente bajas y casi indetectables de diversidad genética en el genoma del pino Wollemi ( Wollemia nobilis ). [27] La UICN encontró un recuento de población de 80 individuos maduros y alrededor de 300 plántulas y juveniles en 2011, y anteriormente, el pino Wollemi tenía menos de 50 individuos en la naturaleza. [28] El bajo tamaño de la población y la baja diversidad genética indican que el pino Wollemi atravesó un grave cuello de botella en la población.

En la década de 1970 se creó un cuello de botella en la población gracias a los esfuerzos de conservación de la espada plateada del Mauna Kea ( Argyroxiphium sandwicense ssp. Sandwicense ), en peligro de extinción . [29] La pequeña población natural de espada plateada se incrementó durante la década de 1970 con individuos trasplantados. Se descubrió que todas las plantas de espada plateada trasplantadas eran descendientes de la primera o la siguiente generación de solo dos fundadores maternos. La baja cantidad de loci polimórficos en los individuos trasplantados condujo al cuello de botella de la población, provocando la pérdida del alelo marcador en ocho de los loci.

Ver también [ editar ]

  • Baby boom
  • Efecto fundador
  • Auge demográfico
  • Tamaño de población pequeño

Referencias [ editar ]

  1. ^ William R. Catton, Jr. "Bottleneck: Humanity's Impending Impasse" Xlibris Corporation, 2009. 290 págs. ISBN  978-1-4415-2241-2 [ página necesaria ] [ fuente autoeditada ]
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Enlaces externos [ editar ]

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