遗传漂变:瓶颈效应和秃鹫的案例

虽然广泛分布在南欧、非洲和亚洲，但胡须秃鹫(Gypaetus barbatus)，也被称为“碎骨机”，被追捕到灭绝在20世纪初的欧洲阿尔卑斯山这种翱翔的食腐动物翼展近9英尺，得名于它喙底部的黑色刚毛(看起来像胡子)和它吃骨头的事实(把腐肉上的骨头扔到坚硬的地面上，然后俯冲下来吸出骨髓)。该地区的野生环境导致了整个阿尔卑斯山羔羊，山羊，甚至小孩子的死亡人口在20世纪初消失了，但在欧洲的动物园里仍有许多胡须秃鹫存活。

因此，在20世纪70年代，生物学家从法兰克福动物学会以及其他地方决定尝试通过将人工饲养的秃鹫引入野外来重建阿尔卑斯山的胡须秃鹫种群。如今，放归计划仍在进行中;事实上，自1986年以来，已经有120多只秃鹫被放生。据信，这些鸟类中约有60%至65%存活下来，其中许多甚至繁殖了(希尔泽尔)et al。, 2004)。虽然没有人确切地知道目前有多少秃鹫生活在阿尔卑斯山，但这个项目被认为是非常成功的。然而，一些生物学家对该项目表示担忧。

秃鹫项目的问题不在于野生秃鹫的数量;而是圈养动物的数量。至少这是一组欧洲保护生物学家在该杂志上发表的一篇论文中提出的观点遗传(Gautschiet al。, 2003)。今天，在欧洲、亚洲和美国的动物园和繁殖中心，只有大约120只胡须秃鹫。考虑到这些数字，生物学家担心圈养鸟类的遗传变异不足以长期保持圈养或野生种群的繁荣。

保护生物学家使用有效种群规模(N_e)作为衡量一个群体“遗传状况”的指标:N越大_e，人口减少的可能性就越小遗传变异由于遗传漂变。保护生物学家关注的是在一个种群中保持尽可能多的遗传多样性(因此，尽可能大的N_e)。没有足够的遗传变异，就会有风险一个种群将无法很好地应对由环境变化引起的新的选择压力。

因为目前圈养的这群秃鹫是相对少数的奠基鸟的后代，他们的N_e只有20到30岁。然而，作为作者的遗传论文解释说，一些保护生物学家认为N_e需要高达500个，甚至5000个，才能使种群保持其进化潜力(高茨奇)et al。, 2003;Franklin & Frankham出版社，1998;Lynch & Lande, 1998)。提升N_e把圈养的秃鹫数量从目前的水平提高到500只(更不用说5000只了)似乎有点令人生畏，但实际上能做些什么来提高目前的数量吗?

为了回答这个问题，重要的是要了解科学家如何使用的组合血统数据(历史信息)亲缘所有圈养的鸟)和微卫星数据推导出它们的估计N_e20到30个人。首先，他们从所谓的血统簿中收集谱系数据，血统簿是一个追踪圈养种群中每个个体的整个历史的信息数据库。(每个课程都有一个学习簿物种圈养的。)尽管有一些数据漏洞，一些始祖的地理起源和亲缘关系仍然是个谜，但它已经足够完整，科学家们能够确定所有120只圈养的秃鹫都是36只始祖的后代，其中许多是在前苏联、阿富汗、比利牛斯山和希腊地区捕获的。利用这些信息，科学家们计算出了N_e取值范围为19 ~ 30。他们还指出，由于研究簿是不完整的，有可能这个范围看似小的N_e如果未知的创始人来自同一地理区域和/或相关，则价值可能被高估。

科学家的下一步是计算基于dna的N_e估计。为此，他们收集了野生和圈养鸟类的血液样本，并提取和扩增了它们的微卫星区域DNA使用一个聚合酶链反应(PCR)。总的来说，微卫星是非编码的;科学家们利用这些基因座的遗传变异作为其他基因座潜在遗传变异的代表。因此，在这些基因座上保持遗传变异(这些基因座可能没有联系)将向科学家们表明，人类其他区域的遗传多样性基因组一直保持着。这些其他未知的基因座可能提供了重要的变异选择可能会采取行动。因此，科学家们检查了胡须秃鹫DNA中14个微卫星位点的变异，利用变异数据计算了繁殖者的有效数量(N_b)，并将其用作N的等价物_e。dna对N_e在23 ~ 27之间，属于家系N的19 ~ 30范围_e估计。

而N_e20到30只是相当低的，特别是如果目标是500只，更令人担忧的是，圈养秃鹫似乎正在失去而不是获得遗传优势。换句话说，它们的N_e甚至没有稳定在20到30之间。的作者遗传这篇文章的结论是基于保护生物学家经常使用的另外两个变量(除了N_e)来衡量一个人口是否在基因上贫困，如果是，贫困到什么程度程度上:平均杂合性等位基因多样性。在这种情况下，杂合性是频率的杂合的在某一特定地点轨迹;平均杂合度是指一系列基因座(这里指14个微卫星基因座)的平均杂合度。同样，等位基因多样性是对基因数量的衡量等位基因每一个轨迹;平均等位基因多样性是等位基因多样性在一系列基因座(同样，在这种情况下，14个微卫星基因座)上的平均值。

尽管科学家们确定圈养的秃鹫种群比野生种群具有更多的等位基因多样性和相当数量的杂合性，这可能被解释为一个好兆头，但圈养种群的等位基因多样性已经下降随着时间的推移。虽然圈养的种群似乎并没有失去太多的杂合性，但通过使用保护生物学家罗伯特·莱西为芝加哥布鲁克菲尔德动物园开发的计算机程序，科学家们预测，考虑到圈养种群目前的规模和年龄结构，并假设每年将释放8只鸟，在未来200年里，种群将失去超过10%的初始杂合性。

这种遗传变异的丧失(是否通过N的变化来衡量?_e或者杂合性发生变化?作为Gautschiet al。解释一下，基因漂变，可以说是在小群体中起作用的最强大的进化力量，是由等位基因从一代到下一代的随机抽样产生的;最终，等位基因丢失，遗传变异性下降。

科学家预测，除非采取措施增加鸟类的N_e阻止等位基因多样性和杂合性的持续下降，总有一天，重新引入的野生秃鹫的基因会变得如此贫瘠，如果选择压力改变，它们将面临灭绝的危险。科学家们认为，除了在圈养种群中招募更多的创始人之外，唯一的解决方案是发起一些来回的交流基因流在圈养种群和野生种群之间。换句话说，与其将圈养鸟类重新引入野外，为什么不将一些野生鸟类也纳入圈养种群呢?理论上，种群之间持续的基因流动将增加有效种群规模，减少基因漂移——不仅在圈养种群中如此，在野生种群中也是如此——从而减缓遗传变异性的进一步丧失。