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Definition von „effektive Bevölkerungsgröße“

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Könnten Sie mir erklären, was bedeutet "Effektive Populationsgröße ($N_e$)"?

Ich würde mich auch über ein Beispiel freuen.


Ich werde eine informelle Antwort hinzufügen, um die ausgezeichnete Antwort von @Remi.b zu ergänzen. Ganz einfach kann man sich die effektive Populationsgröße als die Anzahl der sich reproduzierenden (brütenden) Individuen in einer Population vorstellen. Nature Education hat einen sehr guten (und kostenlosen) Scitable-Artikel über genetische Drift und effektive Populationsgröße. Der Artikel macht vier Punkte, die ich unten kommentiert habe.

  • Die Bevölkerung hat eine gleiche Anzahl von Männern und Frauen. Alle Individuen sind in der Lage sich fortzupflanzen.

Populationen vieler Arten enthalten Individuen, die noch nicht die Geschlechtsreife erreicht haben, ein Alter der Fortpflanzungsfähigkeit überschritten haben oder eine genetische Erkrankung haben könnten, die die Fortpflanzung verhindert. Alle diese Individuen zählen zur Populationsgröße der Volkszählung (tatsächliche Anzahl der anwesenden Individuen), aber nicht zur effektiven Populationsgröße, da sie sich nicht reproduzieren können.

  • Alle Individuen der Population haben die gleiche Wahrscheinlichkeit, sich fortzupflanzen.

  • Die Paarung ist zufällig.

Nicht alle Individuen (vorausgesetzt, Individuen, die die obige Annahme Nr. 1 erfüllen) werden sich mit gleicher Wahrscheinlichkeit fortpflanzen. Zum Beispiel bedeutet der Prozess der sexuellen Selektion, dass sich manche Individuen viel eher fortpflanzen als andere Individuen. Die sexuelle Selektion ist nicht zufällig und verringert die effektive Populationsgröße.

  • Die Zahl der brütenden Individuen ist von einer Generation zur nächsten konstant.

Die Populationsgröße einiger Arten kann über viele Generationen hinweg schwanken. Zum Beispiel hat die Populationsgröße von Süßwassermuscheln aufgrund von Lebensraumverlust und anderen Faktoren rapide abgenommen. Fast 72 % der Arten in den Vereinigten Staaten und Kanada sind gefährdet, bedroht oder von Bedeutung (Williams et al. 1993). Die Populationsgrößen der meisten Muschelarten sind nur ein Bruchteil dessen, was sie einmal waren. Dies ist bei vielen gefährdeten Arten der Fall. Auch dies verringert die effektive Populationsgröße.

Hier ist eine einfache mathematische Behandlung, um die Punkte 1-3 hervorzuheben. Betrachten Sie eine Population von Zebras. Zebras wie das Plains Zebra (Equus quagga) bilden Harems, in denen sich ein Männchen mit mehreren Weibchen paart. Er verhindert, dass sich andere Männchen mit den Weibchen in seinem Harem paaren. Gehen wir von folgenden Annahmen aus: 1) Die Population hat 250 Männchen und 250 Weibchen, die alle zur Fortpflanzung fähig sind und 2) jedes Männchen, das in der Lage ist, einen Harem zu bilden, bekommt fünf Weibchen. Wenn dies der Fall ist, können sich nur 50 Männchen tatsächlich fortpflanzen. Die Volkszählungsgröße beträgt 500 Individuen, aber die effektive Populationsgröße, wie in der Antwort von Remi.b gezeigt, wird berechnet durch

$$N_e = frac{4N_m N_f}{N_m+N_F}$$

Dabei ist $N_e$ die effektive Populationsgröße, $N_m$ die Anzahl der brütenden Männchen und $N_f$ die Anzahl der brütenden Weibchen. Unter Annahme der obigen Annahmen 1 und 2 beträgt $N_m$ 50 und $N_f$ 250 (jeweils 50 Männer $ imes$ 5 Frauen). Deswegen,

$$N_e = frac{4 imes 50 imes 250}{50 + 250} = 166,67$$

Offensichtlich ist die effektive Bevölkerungsgröße viel kleiner als die Bevölkerungsgröße der Volkszählung.


Kurze Antwort: Die effektive Populationsgröße einer Population ist die entsprechende Populationsgröße einer idealisierten (Fischer-)Population, die hinsichtlich genetischer Drift und Inzucht genauso funktionieren würde wie die interessierende Fokuspopulation.


Lange Antwort, unten.

Definitionen:

Heterogenität:
die Wahrscheinlichkeit, dass zwei zufällig ausgewählte Allele in der Population identisch sind (nach Abstammung identisch).

Bevölkerungsgröße der Volkszählung:
Die Bevölkerungsgröße der Volkszählung ($N$) ist die Anzahl der Personen in der Bevölkerung.

Fischerbevölkerung

Eine Fischerpopulation ist eine idealisierte Population der Größe $N$, bei der sich alle Individuen zufällig paaren, es keine Selektion, keine Populationsstruktur, keine Mutation und keine überlappenden Generationen gibt. In der Natur gibt es wahrscheinlich keine perfekt fischenden Populationen!

Genetische Drift führt zu einer Abnahme der Heterogenität. Da die genetische Drift eine Funktion der Populationsgröße ist (siehe diesen Beitrag), ist diese Abnahme der Heterogenität eine Funktion der Populationsgröße. Die Heterogenität zum Zeitpunkt $t$ ist:

$$ H_t = H_{0}left( 1-frac{1}{2N} ight)^t$$

, wobei $H_0$ die Heterogenität bei $t=0$ ist. Sie können selbst überprüfen, dass mit steigendem $t$ $H_t$ abnimmt. Wenn $N$ abnimmt, nimmt auch $H_t$ ab. Mit anderen Worten, je länger man beobachtet, desto mehr Heterogenität geht verloren und je kleiner die Population ist, desto höher ist der Heterogenitätsverlust.

Effektive Populationsgröße

LassenPop_Aeine echte Bevölkerung sein. Die effektive Bevölkerungsgröße ($Ne$) vonPop_Aist die Größe einer idealisierten Fischerpopulation, die den gleichen Verlust an Heterogenität hätte wiePop_A.

Sie können den obigen Satz zweimal lesen, um sicherzustellen, dass Sie ihn verstehen. Es ist im Grunde die Definition des Konzepts der effektiven Bevölkerungsgröße.

Mit anderen Worten: Sei $N$ die Populationsgröße vonPop_A. WennPop_Aeine perfekte Fischerpopulation ist, dann ist ihr Verlust an Heterozygotie im Laufe der Zeit gegeben durch:

$$ H_t = H_{0}left( 1-frac{1}{2N} ight)^t$$

WennPop_Akeine perfekte Fischerpopulation ist, dann ist die Abnahme der Heterozygotie größer als die durch die obige Formel angegebene. Die Abnahme der Heterozygotie vonPop_Aentspricht der Abnahme der Heterozygotie einer idealisierten Fischerpopulation unterschiedlicher Größe. Diese Größe wird als effektive Populationsgröße $Ne$ bezeichnet. Wir können also den Verlust der Heterogosität im Laufe der Zeit von umschreibenPop_Awie:

$$ H_t = H_{0}left( 1-frac{1}{2Ne} ight)^t$$

(Anmerkung $N$ wurde durch $Ne$ ersetzt)

, wobei $Ne$ die effektive Populationsgröße von . istPop_A.

Normalerweise $Ne < N$, was bedeutet, dass eine echte Population mehr genetische Drift erfährt als eine Fischerpopulation mit der gleichen Zensusgröße. Es gibt viele Gründe, die dazu führen können, dass eine reale Population eine höhere Drift aufweist, als es bei der gleichen Zensusgröße, aber unter Berücksichtigung der Annahmen der Fischerpopulation zu erwarten wäre. Im Folgenden bespreche ich drei Gründe:

Beispiele

Ungleiches Geschlechterverhältnis

Denken Sie als erstes Beispiel für eine Population, in der das Geschlechterverhältnis so stark voreingenommen ist, dass ein Mann auf 99 Frauen kommt. In einer solchen Population wird die Hälfte der Allele eines gegebenen Locus in der nächsten Generation direkt vom Vater stammen. In solchen Situationen ist die genetische Drift viel höher, als man von einer Fischerpopulation der Größe 100 erwarten würde. Daher $Ne

$$Ne=frac{4N_mN_f}{N_m+N_f}$$

, wobei $N_m$ und $N_f$ die Volkszählungsgröße von Männern bzw. Frauen sind. Sie können überprüfen, dass $N_f + N_m = N = Ne$ gilt, wenn $N_f = N_m$ ist.

Veränderung der Populationsgröße im Laufe der Zeit

Wenn Ihre Bevölkerungsgröße über einen bestimmten Zeitraum (z. B. ein Jahr) variiert und zum Zeitpunkt $t=3$ (ein bestimmter Zeitraum des Jahres) die Volkszählungsbevölkerungsgröße durch $N_i$ angegeben wird, dann ist die effektive Bevölkerungsgröße:

$$Ne = frac{1}{frac{1}{t}sum_{i=1}^tfrac{1}{N_i}}$$

Dies ist zum Beispiel besonders relevant für Insekten, deren Populationsgröße zwischen den Jahreszeiten stark variiert.

Auswahl

Denken Sie jetzt an eine Population, bei der es eine große Varianz in der Fitness gibt (es gibt eine Auswahl). In einer solchen Population werden vielleicht alle Nachkommen nur von einem Zehntel der aktuellen Population produziert. Infolgedessen ist die effektive Bevölkerung zehnmal kleiner als die Bevölkerungsgröße der Volkszählung.


Sie können alle diese Informationen wahrscheinlich von Wikipedia finden: http://en.wikipedia.org/wiki/Effective_population_size

Lassen Sie mich wissen, ob das Konzept der effektiven Bevölkerung jetzt für Sie sinnvoller ist.