Repoblar el mundo a partir de una sola pareja: ¿cómo sería realmente?

La población no será saludable, pero será capaz de sobrevivir mientras produzca suficiente descendencia. Basado en la genética de los 2 fundadores, un cierto porcentaje de todos los descendientes producidos por sus descendientes morirán antes de alcanzar la edad reproductiva o serán infértiles o discapacitados. Veremos cómo calcular ese porcentaje a continuación, pero el concepto importante es que una cierta fracción de sus descendientes estará saludable. Siempre que las tasas reproductivas sean lo suficientemente altas para producir suficientes individuos sanos para expandir la población, la población continuará creciendo y las tasas de trastornos genéticos disminuirán a medida que sean seleccionados negativamente.

Antes de entrar en matemáticas, debemos entender por qué la consanguinidad causa problemas. Puede que tengas una idea en tu cabeza como "la pérdida de diversidad genética", pero ese es realmente un concepto nebuloso que realmente no importa. El problema real causado por la consanguinidad es un aumento en la homocigosidad. Los humanos somos diploides, lo que significa que tenemos dos copias de cada uno de nuestros cromosomas (excepto, por supuesto, para los hombres y sus cromosomas sexuales), un juego de cada uno de nuestros padres. Sus cromosomas, aunque son casi idénticos, todavía tienen muchas diferencias entre ellos. Estas diferentes variantes se denominan "alelos". Homocigosidad significa tener dos copias del mismo alelo en un lugar determinado del genoma, o dicho de otra manera, dos cromosomas que tienen la misma secuencia en un lugar determinado. Ahora, la homocigosidad en sí misma no es mala, hay No hay nada intrínsecamente malo en tener la misma secuencia de ADN en ambos conjuntos de cromosomas. El problema surge cuando se tienen en cuenta las mutaciones. Las mutaciones a veces pueden romper cosas muy mal. Si cambian la base incorrecta, pueden eliminar por completo un gen esencial. Afortunadamente, dado que tenemos dos copias de nuestro genoma completo en nuestros dos conjuntos de cromosomas, incluso si una mutación rompe una copia de un gen, tenemos otra copia que aún funciona y puede compensarla. Esto se llama haplosuficiencia. Desafortunadamente, esto significa que la mayoría de las personas portan estos alelos letales, porque siempre que se compensen con una copia funcional, no nos dañan y, por lo tanto, no son seleccionados en contra. Estos alelos malos se conocen como recesivamente letales. El problema surge cuando se tienen en cuenta las mutaciones. Las mutaciones a veces pueden romper cosas muy mal. Si cambian la base incorrecta, pueden eliminar por completo un gen esencial. Afortunadamente, dado que tenemos dos copias de nuestro genoma completo en nuestros dos conjuntos de cromosomas, incluso si una mutación rompe una copia de un gen, tenemos otra copia que aún funciona y puede compensarla. Esto se llama haplosuficiencia. Desafortunadamente, esto significa que la mayoría de las personas portan estos alelos letales, porque siempre que se compensen con una copia funcional, no nos dañan y, por lo tanto, no son seleccionados en contra. Estos alelos malos se conocen como recesivamente letales. El problema surge cuando se tienen en cuenta las mutaciones. Las mutaciones a veces pueden romper cosas muy mal. Si cambian la base incorrecta, pueden eliminar por completo un gen esencial. Afortunadamente, dado que tenemos dos copias de nuestro genoma completo en nuestros dos conjuntos de cromosomas, incluso si una mutación rompe una copia de un gen, tenemos otra copia que aún funciona y puede compensarla. Esto se llama haplosuficiencia. Desafortunadamente, esto significa que la mayoría de las personas portan estos alelos letales, porque siempre que se compensen con una copia funcional, no nos dañan y, por lo tanto, no son seleccionados en contra. Estos alelos malos se conocen como recesivamente letales. dado que tenemos dos copias de nuestro genoma completo en nuestros dos conjuntos de cromosomas, incluso si una mutación rompe una copia de un gen, tenemos otra copia que aún funciona y puede compensarla. Esto se llama haplosuficiencia. Desafortunadamente, esto significa que la mayoría de las personas portan estos alelos letales, porque siempre que se compensen con una copia funcional, no nos dañan y, por lo tanto, no son seleccionados en contra. Estos alelos malos se conocen como recesivamente letales. dado que tenemos dos copias de nuestro genoma completo en nuestros dos conjuntos de cromosomas, incluso si una mutación rompe una copia de un gen, tenemos otra copia que aún funciona y puede compensarla. Esto se llama haplosuficiencia. Desafortunadamente, esto significa que la mayoría de las personas portan estos alelos letales, porque siempre que se compensen con una copia funcional, no nos dañan y, por lo tanto, no son seleccionados en contra. Estos alelos malos se conocen como recesivamente letales.

Ahora podemos ver por qué la homocigosidad es un problema. Si un individuo tiene una mayor probabilidad de obtener dos copias del mismo alelo, entonces esa persona también tiene una mayor probabilidad de obtener dos copias rotas de un alelo y morir.

Finalmente podemos llegar a calcular qué parte de la población se verá afectada por los trastornos genéticos. Todo depende de cuántas mutaciones letales recesivas traigan los 2 fundadores. Cada mutación letal recesiva presente en los fundadores representará un alelo malo de un total de 4 (ya que cada fundador tiene 2 copias). Si asumimos* que este alelo se hereda de tal manera que su frecuencia no cambia, entonces la población tendrá una frecuencia del 25% de alelos malos para la mancha en el genoma. Esto significa que un niño dado en la población tendrá un 6,25 % (25 % * 25 %) de probabilidad de recibir dos copias malas del alelo y morir. Entonces, por cada mutación letal recesiva presente en los 2 fundadores, ~6.25 por ciento de la futura descendencia de la población morirá. Esto es n'

Entonces, ¿cuántas mutaciones letales recesivas es probable que tengan nuestros fundadores? Este documento reciente http://www.genetics.org/content/199/4/1243.full afirma solo 1 o 2 por persona. Incluso en el peor de los casos de que ambos fundadores traigan dos mutaciones letales recesivas para un total de 4, cada descendiente tiene un 93,75 % (100-6,25) de posibilidades de evitar dos copias de cada alelo malo, lo que significa ~77 % (93,75^4) de la descendencia sobrevivirá. Mientras cada pareja produzca 4 o más hijos en promedio, la población crecerá a pesar de la alta tasa de mortalidad. Con cada generación sucesiva, las frecuencias de los alelos letales recesivos disminuirán debido a la selección natural.

Realmente no he abordado la cuestión de cómo se debe realizar el apareamiento. Hay un par de atributos sorprendentes de esta población que hacen interesante la elección de pareja. En primer lugar, en un árbol genealógico normal, el apareamiento con un pariente más lejano sería mucho más preferible que el apareamiento con uno cercano, pero en este escenario no hay consanguinidad, por lo que es probable que los parientes lejanos lleven el mismo mal. alelos como cercanos. Tampoco me queda claro si querrías intentar reducir el número de apareamientos problemáticos. Cada vez que dos portadores heterocigotos de un alelo letal se reproduzcan, 1/4 de sus hijos morirán, pero 1/3 de los hijos supervivientes no portarán la mutación letal. Cada apareamiento que resulta en niños muertos en realidad reduce la frecuencia del alelo malo que lo causó. Así que la población tiene una opción. Al reducir los apareamientos entre portadores de alelos malos, disminuirán la cantidad de niños muertos desde el principio, pero aumentarán la cantidad total de niños que morirán a medida que la población se expande. Si su población tiene una mentalidad científica, podrían registrar la forma en que murieron los niños enfermos e intentar crear un pedigrí de los diferentes trastornos genéticos de la familia para informar sus elecciones de apareamiento, pero tiene un alto costo.

Una advertencia de este análisis es que solo estamos considerando mutaciones letales recesivas. Podría haber otros alelos recesivos perjudiciales que no acaban en la muerte, pero que aún perjudican severamente a cualquier persona con dos copias malas. Mientras no influyan en la fertilidad, no afectarán realmente el crecimiento de nuestra población, sino cuántos problemas tendrá nuestra población.

Por supuesto, tampoco estamos considerando aquí los desastres naturales, las enfermedades, el hambre y otros factores no genéticos. Si Adán contrae neumonía por usar solo una hoja de parra o si Eva es mordida por una serpiente venenosa, nada de la genética importa en absoluto.

• Nota: esta no es una suposición segura. Con 4 hijos, hay una probabilidad de 1/16 de que la mutación nunca se transmita a ningún hijo, una probabilidad de 1/4 de que se transmita solo a uno de ellos, una probabilidad de 3/8 de que la hereden 2 de ellos, una 1/4 de probabilidad de que lo reciban 3 de ellos, y 1/16 de probabilidad de que el alelo letal esté presente en los 4 de ellos. El resultado de esta lotería genética es extremadamente importante y para realizar correctamente nuestros cálculos debemos considerar cada posibilidad, pero me temo que eso haría que esta respuesta fuera aún más larga de lo que es y no cambiaría significativamente el resultado.

La buena noticia es que sin enfermedades alrededor se reduce una consecuencia de su baja diversidad genética. La mala noticia es que es poco probable que la humanidad sobreviva, sin embargo, es posible.

Primero necesitamos mirar la generación cero (g ⁰ ). Los astronautas tienden a ser mayores (edad promedio 34) y también han pasado mucho tiempo en el espacio siendo irradiados. Digamos que tenemos un poco de suerte y ambos astronautas siguen siendo fértiles y se encuentran en el extremo más joven del espectro, ya que la mujer tiene 30 años.

Les quedan alrededor de 20 años de fertilidad, aunque si tienen mala suerte pueden ser tan pocos como ninguno o 10 años.

Si producen un hijo por año y asumimos que un promedio de 1 sobrevive cada nacimiento (lo cual no es una conclusión inevitable ya que la medicina moderna será difícil de acceder), entonces g 0 fue de 2 personas ^pero g ¹ será de 10 a 20 personas .

Ahora hay dos opciones, puede emparejar a esas 10 a 20 personas entre sí o para un uso máximo de la variación genética original, el macho g ⁰ puede fecundar a todas las hembras g ^{1 .} (Usar la inseminación artificial haría que esto fuera menos "asqueroso", pero vas a tener algún tipo de incesto hagas lo que hagas). No estoy seguro de cuál de estos enfoques será el más beneficioso desde el punto de vista genético, creo que g ¹ <->g ¹ tendrá la tasa de éxito individual más alta, pero g ⁰ <->g ¹ presentará la mayor tasa general variación en la población.

También debe considerar rotar las parejas, en particular si una pareja produjo un hijo que mostró las consecuencias de la consanguinidad, esa pareja no debería aparearse nuevamente.

Cualquiera que sea la forma en que maneje g ¹ , querrá crear un mapeo de árbol quién está relacionado con quién y en cada generación emparejar a los individuos menos relacionados. No se permitirá que los individuos nacidos que muestren efectos dañinos de la consanguinidad se reproduzcan y ambos padres deben marcarse en la tabla de reproducción como portadores de ese recesivo. Luego, los padres deben emparejarse con personas que hasta ahora no han mostrado signos de portar ese recesivo.

Con el tiempo, la diversidad genética volverá y se podrán formar relaciones más convencionales, pero pasarán muchas generaciones antes de que lo haga.

Como señala @mikenichols, un gran problema será la transmisión de mutaciones genéticas dañinas a través del incesto forzado.

Si tienen la mala suerte de que ambos portan el mismo gen defectuoso, esto podría ser devastador. El 25% de sus hijos mostraría el defecto. Combinado con otros defectos genéticos, esto podría ser brutal. Pero si tienen una suerte razonable y no lo hacen, sus nietos seguirán teniendo una alta tasa de mortalidad infantil (vea la publicación de Mike Nichols y mis comentarios al respecto), pero deberían sobrevivir suficientes nietos para continuar con la raza humana. Y las muertes reducirán lentamente la incidencia del gen defectuoso.

Es de suponer que tendrán menos diversidad genética que la raza humana en su conjunto ahora. Si bien portarán muchos genes recesivos, no tendrán el conjunto completo de todos los genes que existen actualmente. (Salvo alguna coincidencia extraordinaria, cuyas probabilidades tendrían que ser asombrosas). Lo mejor sería que las dos personas estuvieran genéticamente lo más alejadas posible, como si una de ellas fuera una persona blanca de Noruega y la otra fuera una persona negra de Nigeria o algo así. Aún así, muchas comunidades aisladas logran sobrevivir y prosperar. Ha habido tribus en islas remotas o en lo profundo de la jungla que no tuvieron contacto con el mundo exterior durante siglos y, sin embargo, parecían razonablemente saludables. No hay razón para creer que esto en sí mismo sería un problema insuperable.

Refiriéndose nuevamente a mis comentarios sobre la publicación de Nichols, supongamos que es cierto que la persona promedio tiene 60 mutaciones. La mayoría de estos son probablemente triviales: una oreja de forma rara, un lunar, ese tipo de cosas. Algunos serán serios. Es probable que algunos sean lo suficientemente serios como para ser debilitantes o fatales en las circunstancias correctas (o incorrectas). Algunos que no son fatales en sí mismos resultarán ser fatales en combinación con otros.

Una vez perdida, no hay forma de recuperar la diversidad genética. Bueno, las mutaciones crearán diversidad genética, pero no del tipo que tú quieres. Las mutaciones son daño aleatorio, y el daño aleatorio no mejora las cosas. Intente convertir su Honda en un Rolls arrojándolo por un acantilado varias veces y vea cómo eso ayuda. Nadie ha observado nunca una mutación indudablemente beneficiosa. Incluso si acepta esa loca teoría de la evolución, para ajustarse a los hechos observados, debe admitir que las mutaciones beneficiosas son extremadamente raras, por lo que llevaría cientos de miles de años acumular incluso un puñado.

Otro gran problema que me viene a la mente: ¿Cómo se mantiene cualquier tipo de civilización o economía con una población tan pequeña? Suponga que cada mujer tiene 10 hijos que sobreviven hasta la edad adulta. Eso parece muy optimista, pero incluso entonces: segunda generación = 10, tercera generación = 50, cuarta generación = 250. Mantener nuestra tecnología actual requiere muchos miles de especialistas. Confías en el trabajo y el conocimiento de los demás todos los días. Supongamos que deciden que quieren hacer algún cableado eléctrico. Tendrían que saber adónde ir para encontrar mineral de cobre y cómo reconocerlo. Luego tienen que saber cómo fundirlo en metal utilizable y ensartarlo en cables. ¿Harán el aislamiento de caucho? ¿Cómo se ve un árbol de caucho y cuál es el proceso para extraer el caucho y convertirlo en una forma utilizable? Etc. Incluso suponiendo que las bibliotecas sobrevivan y puedan buscar cosas, existen límites en cuanto a cuánto puede aprender una persona. Es posible que puedan continuar usando muchos artefactos existentes, pero construir otros nuevos o incluso reparar los que tienen sería muy difícil. Y muchos se oxidarían o se descompondrían con el tiempo, por lo que dentro de unas pocas generaciones probablemente ya no se podrá utilizar gran parte de la tecnología antigua. Tendrían que empezar de nuevo de muchas maneras. Tendrían la ventaja de que si son lo suficientemente inteligentes como para conservar los libros antiguos, entonces no tendrían que redescubrir o reinventar cosas. Esto sería como la caída de Roma y el conocimiento preservado por los monjes multiplicado por un millón. pero construir nuevos o incluso reparar los que tienen sería muy difícil. Y muchos se oxidarían o se descompondrían con el tiempo, por lo que dentro de unas pocas generaciones probablemente ya no se podrá utilizar gran parte de la tecnología antigua. Tendrían que empezar de nuevo de muchas maneras. Tendrían la ventaja de que si son lo suficientemente inteligentes como para conservar los libros antiguos, entonces no tendrían que redescubrir o reinventar cosas. Esto sería como la caída de Roma y el conocimiento preservado por los monjes multiplicado por un millón. pero construir nuevos o incluso reparar los que tienen sería muy difícil. Y muchos se oxidarían o se descompondrían con el tiempo, por lo que dentro de unas pocas generaciones probablemente ya no se podrá utilizar gran parte de la tecnología antigua. Tendrían que empezar de nuevo de muchas maneras. Tendrían la ventaja de que si son lo suficientemente inteligentes como para conservar los libros antiguos, entonces no tendrían que redescubrir o reinventar cosas. Esto sería como la caída de Roma y el conocimiento preservado por los monjes multiplicado por un millón. Si son lo suficientemente inteligentes como para conservar los libros antiguos, entonces no tendrían que redescubrir o reinventar cosas. Esto sería como la caída de Roma y el conocimiento preservado por los monjes multiplicado por un millón. Si son lo suficientemente inteligentes como para conservar los libros antiguos, entonces no tendrían que redescubrir o reinventar cosas. Esto sería como la caída de Roma y el conocimiento preservado por los monjes multiplicado por un millón.

RE implicaciones religiosas: Los descendientes inmediatos de Adán y Eva tuvieron que reproducirse por incesto, al igual que los descendientes inmediatos de Noé. No se necesitaría un gran salto teológico para decir: Esta es una situación extrema, Dios seguramente nos permitirá quebrantar una ley general ya que la alternativa es la extinción de la raza humana, no hay daño para nadie más que para nosotros mismos, y hay más daño en no hacerlo que en hacerlo. Debo señalar que, personalmente, vería esto como algo muy diferente de una situación en la que la única manera de sobrevivir es dañando a los demás. Supongo que podría haber cristianos o judíos o musulmanes o cualquier religión que supongas que son estas personas que dirían dogmáticamente que todos los mandamientos de Dios deben entenderse como excepciones bajo ninguna circunstancia, y por lo tanto no tenemos más remedio que permitir que la raza humana final.

Anexo: Tasa de defectos

Conferir el puesto de Mike Nichols.

Considere sólo un gen. Llamemos al gen "bueno" "A" y al gen mutado malo "a". Entonces supongamos que uno de los padres es AA y el otro es Aa.

Asi que:

Generación 0: 1 AA + 1 Aa

Generación 1: 50% AA + 50% Aa

Generación 2: 25% serán hijos de AA+AA, 50% de AA+Aa y 25% de Aa+Aa

De los AA+AA, el 100% son AA De los AA+Aa, el 50% son AA y el 50% Aa De los Aa+Aa, el 25% son AA, el 50% Aa y el 25% aa

Resumiendo esto da:

AA=25% x 100% + 50% x 50% + 25% x 25% = 25% + 25% + 6,25% = 56,25%

Aa=25% x 0% + 50% x 50% + 25% x 50% = 0 + 25% + 12,5% = 37,5%

aa=25% x 0% + 50% x 0% + 25% x 25% = 0 + 0 + 6,25%

Entonces, los nietos tendrán una incidencia del 6,25% de un par de genes malos y, por lo tanto, mostrarán la característica recesiva.

Asumiendo que cada padre tiene 2 de esos genes malos, sin superposición de los 2, entonces hay 4 genes malos en total, cada uno de los cuales aparecerá en el 6.25% de los nietos. La probabilidad de que un niño no tenga ninguno de estos es 100 - 6,25 = 93,75. La probabilidad de no tener ninguno de los cuatro es entonces 93,75 ^ 4 = 77,25%. Entonces, suponiendo que estemos hablando de mutaciones fatales aquí, aproximadamente el 23% de los nietos tendrán al menos una de las 4 mutaciones fatales y morirán.

Es poco probable que puedan repoblarse, ya que están comenzando con una cantidad tan limitada de diversidad genética.

Sin embargo, si quisieran intentarlo, lo más inteligente sería emparejar a los niños y hacer que cada conjunto produzca uno o más niños, luego aparear a los primos y continuar desde allí. La pareja inicial tendría que tratar de producir tantos hijos propios como sea posible.

Solo como una posibilidad alternativa: usando su escenario específico, si regresan a la tierra y todavía hay comida disponible en los supermercados (por lo que no es algo así como un siglo después), ¿por qué no buscar muestras de esperma en los bancos de esperma?

Obviamente, no soy un experto cuando se trata de usar tales muestras, pero como astronautas, probablemente tendrían suficiente conocimiento científico para leer información sobre los procedimientos para hacerlo. Tienen suficiente tiempo para aprender sobre ello. Si aún logran conservar esas muestras para las generaciones futuras, la diversidad genética no sería un problema.