macroevolution (![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png)
macroevolution) wrote2013-02-22 04:35 pm
macroevolution) wrote2013-02-22 04:35 pm
Про митохондриальную Еву, Чингисхана и общих предков: считаем на коленке
Если вы, уважаемый читатель, родом из России, то почти наверняка вы прямой потомок Рюрика, Ярослава Мудрого и Чингисхана впридачу. Если для вас это - известный, тривиальный факт, то можете дальше не читать. Но многим это совсем не очевидно.
Недавно в каком-то английском научном блоге мне попалось стандартное ошибочное утверждение, что якобы "митохондриальная Ева - последний общий предок всего современного человечества".
Интересно, все ли читатели отчетливо понимают, что вообще-то мт-Ева популяции, как правило, должна быть намного старше (т.е. древнее) последнего общего предка всех современных особей в популяции?
Мт-Евы, как и Y-хромосомные Адамы, образуются за счет генетического дрейфа. Если в поколении 0 было N самок, то рано или поздно за счет дрейфа в популяции останутся потомки по прямой женской линии только одной из них. Процесс чисто случайный, но конечный результат его неизбежен. Вот пример работы программы, которая этот процесс имитирует:
Модель такая: популяция с постоянной численностью, в каждом поколении - 25 самок (самцы в данном случае игнорируются). Каждая самка оставляет от 0 до 4 дочерей (случайно); затем из общего числа дочерей случайно отбирается 25, которые и составляют следующее поколение. Мы следим за генеалогией потомков каждой из исходных 25 самок. В данном случае через 24 поколения в популяции остались только потомки по прямой женской линии самки 1. Она и является мт-Евой для поколения 24.
Ожидаемое число поколений, которое должно пройти до того, как какая-то одна самка из поколения 0 станет мт-Евой, примерно того же порядка, что и численность популяции.
мт-Ева - общая праматерь всей популяции по прямой женской линии. Не "вообще", а по прямой женской линии. Это важно.
Более подробное, превосходное объяснение про Ев см. в статье Базыкина: http://elementy.ru/lib/431702
Что касается последнего общего предка "вообще", то есть по любой линии, а не только по прямой женской, то он формируется принципиально быстрее.
Допустим, есть популяция с постоянной численностью, панмиктическая (не подразделенная на репродуктивно изолированные группы). В такой популяции среднестатистическая особь (это справделиво в равной степени и для самок, и для самцов) оставляет ровно двух потомков, которые примут участие в размножении. Внуков у такой среднестатистической особи будет 4, правнуков 8 и т.д. До тех пор, пока особи избегают родственных скрещиваний, число потомков каждой особи будет расти как 2k, где k - число прошедших поколений.
Поэтому уже через log2N поколений кто-то из поколения 0 может стать общим предком всех ныне живущих особей в популяции. А еще столько же поколений пройдет - и почти наверняка каждая особь поколения 0 окажется либо общим предком всех ныне живущих, либо у нее вообще не будет живых потомков.
Грубо говоря, мы можем рассчитывать найти последнего общего предка всех ныне живущих особей примерно log2N поколений назад (для популяции с численностью N=1000 это будет примерно 10 поколений назад, для 100000 – 17 поколений, 10 млн – 23 поколения). Совсем недавно!
А вот мт-Ева такой популяции будет сидеть гораздо дальше в прошлом: например, 1000, 100000, 10 млн поколений назад. Бутылочные горлышки численности, конечно, сильно омолаживают Ев. Но всё-таки Ева должна быть радикально старше последнего общего предка. Потому что число "просто потомков" будущего ОП закономерно растет как снежный ком (как 2k), а число носителей мтДНК будущей Евы увеличивается только за счет случайного дрейфа. В популяции, где каждая пара рождала бы строго двоих детей - мальчика и девочку - число носителей мтДНК самки из поколения 0 оставалось бы из поколение в поколение равным 1.
Еще одна интересная задачка, связанная с вышесказанным.
В 2003 году генетики обнаружили, что примерно 16 миллионов современных азиатов несут Y-хромосому Чингисхана, т.е. являются его потомками по прямой мужской линии (полный текст статьи). Вот как выгодно (с эволюционно-генетической т.зр.) быть великим завоевателем!
Вопрос: сколько же современных потомков у Чингисхана всего (не только по прямой мужской, а по любой линии)?
Если бы Чингисхан был не великим завоевателем, а простым среднестатистическим человеком, и если бы чингизиды старательно избегали скрещиваний с другими чингизидами (смелое допущение, но оно мало влияет на конечный результат, потому что результат получается с огромным "запасом"), то можно было бы ожидать, что сегодня, когда со времени жизни Чингисхана минуло 32 поколения, число его потомков было бы равно 232=4,3 миллиарда. И это без помощи отбора, без учета завоеваний!
Дальше. В модели, где каждая пара оставляет ровно двух потомков - мальчика и девочку - сколько людей из этих 4 миллиардов были бы носителями Y-хромосомы Чингисхана? Если у него 4 млрд потомков, сколько из них несет его Y-хромосому? Я спросил у двух крупных биологов и оба, недолго думая, сказали: наверное, 2 млрд! Ошибочка. Правильный ответ - 1 (один) человек. Проверяйте, проверяйте.
Значит, отбор (т.е. то преимущество в размножении, которое получили чингизиды благодаря своим военным успехам) увеличил число потомков Ч. по прямой мужской линии в 16 млн раз против ожидаемого. Если бы такой же силы отбор помогал всем чингизидам, а не только чингизидам по прямой мужской линии, то можно было бы ожидать, что у него будет сегодня 4,3 млрд * 16 млн потомков - число, на много порядков превышающее население планеты.
Разумеется, у Ч. в действительности куда меньше потомков, потому что в действительности чингизиды - из-за ограниченности населения земли - никак не могли всегда избегать браков с другими чингизидами. Но мы можем не сомневаться, что ВСЁ население Азии, поголовно, кроме разве что каких-нибудь реликтовых изолированных горных племен, 800 лет женившихся только на "своих" - всё население Азии - потомки Чингисхана. Я вам это гарантирую. Этот вывод делается с большим "запасом", означающим, что многие азиаты - чингизиды не по одной, а по многим линиям сразу.
По той же логике все или почти все современные русские - наверняка потомки Рюрика (рюриковичей в 12 веке были тысячи, князь сидел в каждом селе, так что можете не сомневаться). А поскольку какое-никакое скрещивание чингизидов со славянами, конечно, было, то все русские почти наверняка и чингизиды тоже, а не только рюриковичи. У кого хоть малейшая еврейская примесь есть, тот может без сомнений и царя Соломона в список своих прямых предков добавить.
Все люди братья, одним словом.
Вещи очевидные, но малоизвестные, контринтуитивные и с трудом до сознания доходящие.
Недавно в каком-то английском научном блоге мне попалось стандартное ошибочное утверждение, что якобы "митохондриальная Ева - последний общий предок всего современного человечества".
Интересно, все ли читатели отчетливо понимают, что вообще-то мт-Ева популяции, как правило, должна быть намного старше (т.е. древнее) последнего общего предка всех современных особей в популяции?
Мт-Евы, как и Y-хромосомные Адамы, образуются за счет генетического дрейфа. Если в поколении 0 было N самок, то рано или поздно за счет дрейфа в популяции останутся потомки по прямой женской линии только одной из них. Процесс чисто случайный, но конечный результат его неизбежен. Вот пример работы программы, которая этот процесс имитирует:
Модель такая: популяция с постоянной численностью, в каждом поколении - 25 самок (самцы в данном случае игнорируются). Каждая самка оставляет от 0 до 4 дочерей (случайно); затем из общего числа дочерей случайно отбирается 25, которые и составляют следующее поколение. Мы следим за генеалогией потомков каждой из исходных 25 самок. В данном случае через 24 поколения в популяции остались только потомки по прямой женской линии самки 1. Она и является мт-Евой для поколения 24.
Ожидаемое число поколений, которое должно пройти до того, как какая-то одна самка из поколения 0 станет мт-Евой, примерно того же порядка, что и численность популяции.
мт-Ева - общая праматерь всей популяции по прямой женской линии. Не "вообще", а по прямой женской линии. Это важно.
Более подробное, превосходное объяснение про Ев см. в статье Базыкина: http://elementy.ru/lib/431702
Что касается последнего общего предка "вообще", то есть по любой линии, а не только по прямой женской, то он формируется принципиально быстрее.
Допустим, есть популяция с постоянной численностью, панмиктическая (не подразделенная на репродуктивно изолированные группы). В такой популяции среднестатистическая особь (это справделиво в равной степени и для самок, и для самцов) оставляет ровно двух потомков, которые примут участие в размножении. Внуков у такой среднестатистической особи будет 4, правнуков 8 и т.д. До тех пор, пока особи избегают родственных скрещиваний, число потомков каждой особи будет расти как 2k, где k - число прошедших поколений.
Поэтому уже через log2N поколений кто-то из поколения 0 может стать общим предком всех ныне живущих особей в популяции. А еще столько же поколений пройдет - и почти наверняка каждая особь поколения 0 окажется либо общим предком всех ныне живущих, либо у нее вообще не будет живых потомков.
Грубо говоря, мы можем рассчитывать найти последнего общего предка всех ныне живущих особей примерно log2N поколений назад (для популяции с численностью N=1000 это будет примерно 10 поколений назад, для 100000 – 17 поколений, 10 млн – 23 поколения). Совсем недавно!
А вот мт-Ева такой популяции будет сидеть гораздо дальше в прошлом: например, 1000, 100000, 10 млн поколений назад. Бутылочные горлышки численности, конечно, сильно омолаживают Ев. Но всё-таки Ева должна быть радикально старше последнего общего предка. Потому что число "просто потомков" будущего ОП закономерно растет как снежный ком (как 2k), а число носителей мтДНК будущей Евы увеличивается только за счет случайного дрейфа. В популяции, где каждая пара рождала бы строго двоих детей - мальчика и девочку - число носителей мтДНК самки из поколения 0 оставалось бы из поколение в поколение равным 1.
Еще одна интересная задачка, связанная с вышесказанным.
В 2003 году генетики обнаружили, что примерно 16 миллионов современных азиатов несут Y-хромосому Чингисхана, т.е. являются его потомками по прямой мужской линии (полный текст статьи). Вот как выгодно (с эволюционно-генетической т.зр.) быть великим завоевателем!
Вопрос: сколько же современных потомков у Чингисхана всего (не только по прямой мужской, а по любой линии)?
Если бы Чингисхан был не великим завоевателем, а простым среднестатистическим человеком, и если бы чингизиды старательно избегали скрещиваний с другими чингизидами (смелое допущение, но оно мало влияет на конечный результат, потому что результат получается с огромным "запасом"), то можно было бы ожидать, что сегодня, когда со времени жизни Чингисхана минуло 32 поколения, число его потомков было бы равно 232=4,3 миллиарда. И это без помощи отбора, без учета завоеваний!
Дальше. В модели, где каждая пара оставляет ровно двух потомков - мальчика и девочку - сколько людей из этих 4 миллиардов были бы носителями Y-хромосомы Чингисхана? Если у него 4 млрд потомков, сколько из них несет его Y-хромосому? Я спросил у двух крупных биологов и оба, недолго думая, сказали: наверное, 2 млрд! Ошибочка. Правильный ответ - 1 (один) человек. Проверяйте, проверяйте.
Значит, отбор (т.е. то преимущество в размножении, которое получили чингизиды благодаря своим военным успехам) увеличил число потомков Ч. по прямой мужской линии в 16 млн раз против ожидаемого. Если бы такой же силы отбор помогал всем чингизидам, а не только чингизидам по прямой мужской линии, то можно было бы ожидать, что у него будет сегодня 4,3 млрд * 16 млн потомков - число, на много порядков превышающее население планеты.
Разумеется, у Ч. в действительности куда меньше потомков, потому что в действительности чингизиды - из-за ограниченности населения земли - никак не могли всегда избегать браков с другими чингизидами. Но мы можем не сомневаться, что ВСЁ население Азии, поголовно, кроме разве что каких-нибудь реликтовых изолированных горных племен, 800 лет женившихся только на "своих" - всё население Азии - потомки Чингисхана. Я вам это гарантирую. Этот вывод делается с большим "запасом", означающим, что многие азиаты - чингизиды не по одной, а по многим линиям сразу.
По той же логике все или почти все современные русские - наверняка потомки Рюрика (рюриковичей в 12 веке были тысячи, князь сидел в каждом селе, так что можете не сомневаться). А поскольку какое-никакое скрещивание чингизидов со славянами, конечно, было, то все русские почти наверняка и чингизиды тоже, а не только рюриковичи. У кого хоть малейшая еврейская примесь есть, тот может без сомнений и царя Соломона в список своих прямых предков добавить.
Все люди братья, одним словом.
Вещи очевидные, но малоизвестные, контринтуитивные и с трудом до сознания доходящие.
no subject
При начальной численности популяции в 1000 самок - сохраняется несколько линий.
no subject
Это противоречит всей нашей биологической науке :))
http://en.wikipedia.org/wiki/Genetic_drift
Нейтральный аллель рано или поздно обязан или зафиксироваться, или элиминироваться.
Частота нейтрального аллеля "случайно блуждает", пока не наткнется на верхний или нижний предел (фиксацию или элиминацию).
Если нейтральных аллелей несколько, один из них должен в итоге зафиксироваться, остальные - элиминироваться.
У вас они как, случайно блуждают? Если нет - что-то неправильно в программе. Если да - обязаны рано или поздно наткнуться на верхнюю или нижнюю "точку невозврата".
no subject
no subject
Количество поколений до полной элиминации примерно равно начальному количеству линий.
Т.е. в среднем за каждое поколение элиминируется примерно половина существующих линий.
Это слишком сильное допущение.
no subject
Модель хорошая. Очень простая, понятная, позволяет дальнейшие усложнения. Как зависит время вырождения от размера популяции? От среднего количества потомков? От распределения количества потомков? А если у нас не одна сильносвязанная популяция, а несколько слабосвязанных? А если поколения сменяются не одномоментно? А если учесть периодические голод, мор, войны (т.е. численность популяции изменяется, рост сменяется вымиранием)? И т.д., и т.п. Думаю, что многие качественные результаты можно увидеть на более простых моделях (и они помогут построить более сложные).
Сто лет назад многие деревенские семьи имели десяток детей (половина — девочки). Так что и в этом модель не слишком умозрительна. До репродуктивного возраста доживали не все, и модель это учитывает. Стабильная популяция с большой рождаемостью и большой смертность — вот что она описывает.
no subject
no subject
"Линия" и "Аллель" - не одно и то же.
Когда аллелей остается 2-3 штуки - каждая сидит в сотнях линий.
И тогда число особей каждой аллели колеблется случайным образом. Когда-нибудь - аллель может исчезнуть. Особенно - в периоды резкого соеращения попудяции.
Приду на работу - покручу еще, покажу результаты.
Дома у меня ее нет.
Я писала на форуме.
no subject
Пускай будет: в среднем за каждое поколение элиминируется примерно половина существовавших изначально гаплотипов.