¿Cuántas personas se requieren para una repoblación saludable de la Tierra (Post-Apocalipsis)?

Prefacio
Esta pregunta es muy similar (pero no idéntica) a una pregunta anterior de World Builder ( ¿Cuál es la población humana mínima para mantener una colonia ?). Si está interesado en esta pregunta y respuesta, le recomiendo leer esa pregunta y sus respuestas para obtener información adicional.

MVP
El término que está buscando es Población mínima viable .

Este término [MVP] se utiliza en los campos de la biología, la ecología y la biología de la conservación. Más específicamente, MVP es el tamaño más pequeño posible en el que puede existir una población biológica sin enfrentar la extinción por desastres naturales o estocasticidad demográfica, ambiental o genética. El término "población" rara vez se refiere a una especie entera.

MVP normalmente no significa supervivencia de una especie, pero también se puede usar para calcular esto.

La referencia indica que sin manejo humano, este valor promedia algo menos de 5.000 individuos para vertebrados terrestres.

Recuerdo haber leído que puedes hacer que números más pequeños sean viables a través de la intervención humana. El siguiente es mi recuerdo. Ya no recuerdo la referencia de donde saqué los números.

A 5000 individuos
La población es viable sin intervención humana.

Con 500 individuos
, las parejas pueden permanecer monógamas, pero las parejas de apareamiento deben ser aprobadas por una junta de genética para garantizar la diversidad genética y limitar la endogamia.

A los 50 individuos
Cada individuo debe tener tantos bebés con diferentes parejas como sea posible a lo largo de su vida.

Una junta de genética debe aprobar todos los apareamientos. Las parejas pueden emparejarse, pero cada pareja solo puede concebir un hijo. Los individuos que se habían apareado aún tendrían que aparearse fuera de su relación hasta que el tamaño de la población se hiciera más grande y más diverso (probablemente no sea posible durante varias generaciones).

Parecía que 50 era el mínimo absoluto y que si perdías muchos miembros antes de tiempo (debido a un accidente o enfermedad) pondrías en peligro a toda la colonia.

Otra opinión:
un genetista en realidad estudió una pregunta relacionada , que era "cuál es el tamaño de tripulación óptimo para un barco de generación". El "óptimo" fue considerado la tripulación más pequeña que mantuvo una diversidad genética aceptable (no sé qué consideró aceptable) durante el viaje de 200 años / 10 generaciones del barco.

Para un viaje espacial de 200 años, quizás de ocho a 10 generaciones, sus cálculos sugieren que se necesita un número mínimo de 160 personas para mantener una población estable.

Al final de este viaje, la tripulación debe ser reintroducida en una población más grande con una mayor diversidad genética (una gran población de destino o un banco de óvulos fertilizados para garantizar que no surjan problemas genéticos. El artículo no establece esto explícitamente, pero implica que sin introducir esta diversidad, los efectos de la consanguinidad podrían ser grandes.

"La disminución en la variación genética es en realidad bastante pequeña y menor que la que se encuentra en algunas pequeñas poblaciones exitosas en la Tierra", dice. "No sería un factor significativo siempre que los viajeros espaciales regresen a casa o interactúen con otros humanos al final del período de 200 años".

Para esta pregunta, tenemos que considerar que estos números son más bajos que el mínimo requerido para repoblar el planeta porque para repoblar el planeta, nuestra población comenzará con toda la diversidad genética que pueda tener.

Como han sugerido otros, obtienes una mejor diversidad si eliges a los miembros para esa diversidad en lugar de depender del azar. El número de 160 personas anterior considera que los miembros de esa población fueron seleccionados por su diversidad .

También tenga en cuenta que la persona que crea esta población podría aprovechar la oportunidad para concentrar los rasgos positivos percibidos en los humanos. Sin embargo, muchos rasgos positivos (por ejemplo, uno de los 1000 genes que afectan la inteligencia) a menudo llevan consigo rasgos negativos ocultos o recesivos. La selección de genes debería realizarse con mucho cuidado para evitar la concentración de genes que, cuando se combinan, causan efectos secundarios negativos importantes.

La gente ha informado, en base a estudios de cuello de botella genéticos, que la última vez pudo haber sido alrededor de 10000 personas. Quizás no sea culpa de Toba , pero los cuellos de botella son parte de nuestra historia. Se puede inferir la cantidad de variación , pero es difícil decir cuántas personas significa eso, ya que suponemos que antes eran más diversas. Los humanos actuales podrían necesitar muchos más individuos para lograr la misma cantidad de diversidad. Si los sobrevivientes fueran la población de Queens NY, un pequeño número sería suficiente. Si fueran un pueblo aislado, el pueblo entero no es suficiente.

En Prueba de patrones de migración y estimación del tamaño de la población fundadora en Polinesia mediante el uso de secuencias de ADNmt humano. Murray-McIntosh R Scrimshaw B Hatfield P Penny D (1998) Tienen una idea de cuántas hembras colonizaron inicialmente Nueva Zelanda. (Las hembras solo porque usan ADN mitocondrial).

Los resultados son consistentes con una población fundadora que incluye '70 mujeres (entre 50 y 100)

Esto no da un mínimo, pero muestra un número bajo que funcionó.

Hagamos algunas matemáticas reales para tratar de estimar las cosas. Primero, algo de genética básica. Cada miembro fundador de tu población trae consigo 2 copias de cada uno de sus cromosomas. Hay muchos miles de genes en cada uno de estos cromosomas, y la gran mayoría de ellos funcionan perfectamente en cada uno de nosotros. Pero, debido a mutaciones aleatorias, algunas personas tienen copias de genes que no funcionan. Muchas veces esto está bien, porque solo tiene una copia rota, y su otra copia funciona y puede compensar el alelo roto. Los genetistas llaman a esto haplosuficiencia. Lo que esto significa es que el gen roto, o alelo malo, es recesivo, mientras que el gen funcional, o alelo bueno, es dominante. El alelo malo solo causa un problema en las personas que obtienen dos copias rotas. Si tiene una copia rota y una copia de trabajo, es heterocigoto en ese locus, y usted es portador de la enfermedad. Si tiene dos copias rotas, es homocigoto para la enfermedad y se verá afectado por ella.

La mayoría de los alelos malos son raros porque son seleccionados en su contra por la selección natural. Un portador de un gen de la enfermedad solo corre el riesgo de tener un hijo con la enfermedad si se aparean con otro portador de la misma enfermedad. Por eso la endogamia es mala. Cuando dos individuos muy emparentados se aparean, tienen una alta probabilidad de que ambos sean portadores de los mismos trastornos genéticos y, por lo tanto, de tener un hijo con dos copias del alelo malo y, por lo tanto, de la enfermedad.

Entonces, tiempo de matemáticas. Voy a simplificar un poco las cosas por el bien del lector y por el mío propio, pero los resultados aún deberían estar razonablemente cerca de la realidad.

Digamos que comenzamos con una población de tamaño N. Eso significa que habrá 2*N copias totales de cada gen o alelo en nuestro acervo genético. Entonces, si alguien en nuestra población inicial de tamaño N es portador de un trastorno genético, ese trastorno genético existirá dentro de nuestra población con una frecuencia de 1/(2N). La frecuencia del alelo bueno en la población será 1 - 1/(2N). Llamemos a estas frecuencias q y p respectivamente. Ahora, hay 3 genotipos posibles, o combinaciones genéticas posibles. 2 alelos buenos, 1 alelo bueno y 1 alelo malo, y 2 alelos malos. Para cualquier población mezclada aleatoriamente, las probabilidades para cada uno de estos genotipos son las siguientes: 2 alelos buenos = p^2, 1 alelo bueno y 1 alelo malo = 2pq, y 2 alelos malos = q^2. El razonamiento detrás de estos números debería ser bastante sencillo. La probabilidad de tener 2 alelos malos es igual a la frecuencia del alelo malo al cuadrado. Usando una sustitución simple, ahora encontramos que la frecuencia de un trastorno genético que se introdujo en la población será (1/(2N))^2.

Probemos nuestra fórmula con un ejemplo real. Digamos que tenemos una población inicial de 10. Una de nuestras 10 personas tiene una mutación en el gen CFTR, lo que significa que es portadora de fibrosis quística. Esto significa que 1/20 de todos los genes CFTR en nuestro acervo genético están dañados. Las posibilidades de que un niño en la población reciba 2 copias del gen CFTR roto y, por lo tanto, tenga fibrosis quística es 1/20 * 1/20 o 1/400 o 0,25%. Ahora, esto no suena tan mal, ¿verdad? El problema es que su población inicial sería muy afortunada si solo tuviera 1 portador de 1 trastorno genético. Un artículo muy reciente estimó que la persona promedio es portadora de 1-2 mutaciones letales recesivas: http://www.genetics.org/content/199/4/1243.full. Si cada persona en nuestra población inicial fuera portadora de un solo trastorno genético letal recesivo diferente, entonces cada una de esas 10 enfermedades mataría ~0.25% de nuestra población futura (un poco menos porque a veces ocurrirían juntas).

Empeoremos las cosas y digamos que solo teníamos una población inicial de 2. Si cada uno de esos individuos fuera portador de una única mutación letal recesiva, esos alelos malos existirían en la población con una frecuencia del 25 % y los niños obtendrían 2 alelos malos. copia el 6,25% de las veces. Con dos enfermedades, eso significa que aproximadamente uno de los ocho niños moriría a causa de defectos genéticos.

Mejoremos las cosas y digamos que teníamos una población inicial de 100, cada uno de los cuales trae 1 alelo letal recesivo. Cada una de estas 100 enfermedades ahora solo ocurriría el 0,0025% del tiempo para un total de 0,25% de muerte infantil.

Sin embargo, esto solo tiene en cuenta las mutaciones letales. Es probable que haya muchas más mutaciones que podrían causar infertilidad, discapacidad intelectual y muchos otros problemas. No puedo encontrar ningún número sobre cuántos de estos tipos de mutaciones es portadora la persona promedio, pero es probable que sea más alto que el número de mutaciones letales recesivas, ya que la selección en su contra no sería tan fuerte.

Algunas notas extra. Primero, estos efectos de endogamia disminuirán gradualmente con el tiempo. Cada vez que un niño nace con 2 copias malas de un gen y muere, esas 2 copias malas se eliminan del acervo genético. Cuanto peor sea la frecuencia de los trastornos genéticos, más rápido disminuirán las frecuencias de los alelos malos en la población. En segundo lugar, el tamaño inicial de la población también determinará cuántas generaciones se necesitan antes de que la población se mezcle lo suficiente como para que la endogamia comience a ocurrir. En una población inicial de 2, la primera generación necesitará endogamia, pero en el tamaño de la población de 100, pasarían muchas generaciones antes de que alguien necesitara procrear con alguien relacionado con ellos. En tercer lugar, cuando el tamaño inicial de la población es pequeño, el resultado también será muy variable. Los números que calculé anteriormente representan el resultado promedio asumiendo que la población no tiene ni suerte ni mala suerte en la que los alelos se transmiten a la siguiente generación, pero con un tamaño de población inicial pequeño, algunas herencias desafortunadas de alelos malos podrían tener complicaciones desastrosas más adelante, mientras que algunas herencias afortunadas de alelos buenos podrían eliminar todos los alelos malos de la población desde el principio. Las poblaciones pequeñas también tendrían un alto grado de probabilidad de cuán mala se vuelve la consanguinidad.

Si bien no le proporcioné un número concreto, espero que las matemáticas le permitan calcular su propio tamaño de población inicial dada su definición de "relativamente limpio".

Creo que podría tener la libertad de dictar el número, siempre que también dicte los genotipos de la posible nueva población.

El problema con la raza humana actual, desde un punto de vista puramente natural (que inevitablemente va a sonar muy nacionalista-socialista), es que durante cientos, si no miles de años, la humanidad ha estado luchando contra la selección natural. Nos hemos esforzado por preservar toda la vida humana, esto incluye aquellos cuyos fenotipos expresan rasgos recesivos que los hacen frágiles, o frágiles como las personas que nacen con discapacidades físicas o mentales, incluyendo alergias alimentarias y depresión. El problema con la consanguinidad es que, debido a la falta de variación, esos rasgos recesivos se expresan con mayor frecuencia, lo que da como resultado una población genéticamente angustiada.

Usted especificó personas aleatorias , en su pregunta, que necesitarían una población relativamente grande para garantizar una genética adecuada. Pero si la población reproductora se seleccionara en función de la fuerza de sus genotipos, entonces la población podría ser mucho más pequeña y la raza humana resultante sería mucho más fuerte, potencialmente libre de todas las enfermedades genéticas como el cáncer, la diabetes y otras dolencias que a menudo se saltan muchas generaciones hasta que el fenotipo de algún desafortunado descendiente expresa el gen.

Crear una población genéticamente perfecta fue la premisa de la película de James Bond, "Moonraker" . El villano en esa película construyó una estación espacial que estaba destinada a ser el hogar de parejas genéticamente perfectas de cada raza de la humanidad (por lo que no es totalmente nacionalsocialista) , así como la instalación de lanzamiento que entregaría una toxina nerviosa capaz de erradicar todo. vida humana en el planeta (manteniendo la vida animal y vegetal), dejando la tierra vacante y libre para ser habitada por una nueva "raza superior de seres humanos".

Entonces, tienes el potencial de crear una sociedad post-apocalíptica que tiene algunas políticas extremadamente inmorales para los estándares actuales, todo en nombre de preservar la raza humana y hacerla más fuerte de lo que era antes. Piense en The 100 , solo que en lugar de hacer flotar a las personas en el espacio por ser delincuentes, están utilizando métodos como la serialización para evitar que los alelos nocivos "infecten" las líneas de sangre.

Entiendo que la población humana se redujo a solo 600 individuos, con quienes todos los humanos están relacionados y es por eso que los humanos tienen una diversidad genética relativamente baja en comparación con otros simios.

Lo vi en 'Becoming Human - episodio 3' en youtube anoche si estás interesado en investigarlo más.

Si regresan a la Tierra después de que haya pasado la plaga (o lo que sea), todas las mujeres de la tripulación (que posiblemente deberían ser TODAS o casi todas mujeres) podrían extraer los bancos de óvulos existentes para obtener diversidad genética. Supongo que el equipo para implantar los óvulos aún sería utilizable. La cuestión de si los huevos seguirán congelados o no después de tres años de desconectar el refrigerador es otra cosa, pero esta recuperación parece estar planificada, por lo que tal vez un UPS ayudaría a solucionar la situación.

Además, ¿por qué fuera de la Tierra? ¿Por qué no quedarse en la Tierra en aislamiento?

Y, no es que importe, pero es una buena elección en la ciudad de origen. Somos un buen grupo.

Sin poder darle un número concreto, diría que dependerá mucho del grado de selección de preselección que pueda hacer antes/durante el proceso de evacuación, cuanto más pueda evaluar y más selectivo pueda ser, mejor será la la progenie de cualquier población aislada que cree será. Sin embargo, sospecho que el 5000 mencionado en la respuesta de Jim2B sería un buen punto de partida.

Puede que no se ajuste del todo a la premisa de su pregunta, pero si se espera que los niveles de tecnología se mantengan más o menos igual que ahora, entonces es muy posible que una población muy pequeña pueda mantener algún tipo de diversidad genética a través de la manipulación directa del ADN embrionario. No importaría tanto el número de parejas como la cantidad de material genético disponible para el empalme y el número de generaciones que se espera que la población se someta a este tipo de tratamiento.

Obviamente, si la población inicial fuera muy pequeña, se requeriría que los individuos 'relacionados', como hermanos y hermanas, se reprodujeran. Esto no obstaculizaría la diversidad genética (ya que por diseño, los dos individuos son lo suficientemente diferentes genéticamente para que esto no sea un problema), pero podría haber barreras sociales según las normas culturales de su sociedad post-apocalíptica.

Incluso en este escenario, probablemente habrá un porcentaje de individuos que se vuelvan infértiles o mueran antes de tener hijos, pero esto depende de factores ambientales que no espero modelar aquí. Suponiendo que el porcentaje sea bajo, entonces sería posible (aunque desagradable, como se indicó anteriormente) repoblar con tan pocas personas como una pareja fértil.

La respuesta es simple. Desafortunadamente, dado que la mayoría de nosotros ya constamos de un porcentaje de genética endogámica, no es tan fácil, pero esta es la teoría básica.

Necesitas 3 hembras y 3 machos. Todos deben eliminarse genéticamente entre sí lo suficiente para hacer esto correctamente, pero al igual que los colores del arcoíris, solo necesita 3 colores primarios para producir cualquier otro color que pueda imaginar, incluso el negro y el gris. Dado que los humanos no se autorreplican, necesita 6 personas en lugar de 3. 3 hombres y 3 mujeres. Pero como necesitamos machos y hembras, solo podemos decir que necesitamos TRES UNIDADES DE CRÍA.

Si todos los padres involucrados se separan genéticamente lo suficiente, entonces teóricamente es lo mismo que mezclar esos 3 colores para obtener un color aleatorio, lo que obviamente es deseable para la progenie para prevenir defectos de nacimiento y problemas de aprendizaje.

El universo ama el número 3, y ciertamente, los tetraedros (triángulos) son formas fundamentales. No puedes tener un objeto geométrico con menos de 3 lados. Trate de hacer una mesa de pie con menos de 3 patas. No hacer trampa con bases de piernas estiradas y reforzadas, ya que eso cuenta como más de dos piernas. Interesante eh?

EDITAR: por cierto, los PADRES reproductores se cruzarán con la progenie de la unidad de reproducción opuesta cuando tengan la edad suficiente. Olvidé poner eso ahí. La consanguinidad se tendrá hasta cierto punto, pero, de nuevo, si seguimos intercambiando toda nuestra genética, ni siquiera seríamos humanos. Cierto nivel de endogamia es aceptable, simplemente no somos expertos en pensar fuera de la caja "adecuada".