Definición de "Tamaño efectivo de la población"

Agregaré una respuesta informal para complementar la excelente respuesta de @ Remi.b. En un sentido muy simple, puede pensar en el tamaño efectivo de la población como el número de individuos que se reproducen (criando) en una población. Nature Education tiene un artículo de Scitable muy bueno (y gratuito) sobre la deriva genética y el tamaño efectivo de la población . El artículo hace cuatro puntos, que he anotado a continuación.

• La población tiene igual número de hombres y mujeres. Todos los individuos son capaces de reproducirse.

Las poblaciones de muchas especies contienen individuos que aún no han alcanzado la madurez sexual, han pasado una edad de capacidad reproductiva o pueden tener una condición genética que impide la reproducción. Todos estos individuos cuentan para el tamaño de la población del censo (número real de individuos presentes) pero no cuentan para el tamaño efectivo de la población porque no pueden reproducirse.

• Todos los individuos de la población tienen la misma probabilidad de reproducirse.

• El apareamiento es aleatorio.

No todos los individuos (suponiendo que los individuos cumplan con el supuesto n.° 1 anterior) tienen la misma probabilidad de reproducirse. Por ejemplo, el proceso de selección sexual significa que algunos individuos tienen muchas más probabilidades de reproducirse que otros. La selección sexual no es aleatoria y reduce el tamaño efectivo de la población.

• El número de individuos reproductores es constante de una generación a la siguiente.

El tamaño de la población de algunas especies puede fluctuar a lo largo de muchas generaciones. Por ejemplo, el tamaño de la población de mejillones de agua dulce ha disminuido rápidamente debido a la pérdida de hábitat y otros factores. Casi el 72% de las especies en los Estados Unidos y Canadá están en peligro, amenazadas o son motivo de preocupación para la conservación ( Williams et al. 1993 ). El tamaño de la población de la mayoría de las especies de mejillones es solo una fracción de lo que alguna vez fue. Este es el caso de muchas especies en peligro de extinción. Esto también reduce el tamaño efectivo de la población.

Aquí hay un tratamiento matemático simple para resaltar los puntos 1-3. Considere una población de cebras. Las cebras como la cebra de las llanuras ( Equus quagga ) forman harenes donde un macho se aparea con varias hembras. Evita que otros machos se apareen con las hembras de su harén. Hagamos las siguientes suposiciones: 1) la población tiene 250 machos y 250 hembras, todos capaces de reproducirse y 2) cada macho que puede formar un harén obtiene cinco hembras. Si es así, entonces solo 50 machos podrán reproducirse. El tamaño del censo es de 500 individuos, pero el tamaño efectivo de la población, como se muestra en la respuesta de Remi.b, se calcula mediante

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

dónde,$N_e$es el tamaño efectivo de la población,$N_m$es el número de machos reproductores y$N_f$es el número de hembras reproductoras. Dados los supuestos 1 y 2 anteriores,$N_m$es 50 y$N_f$es 250 (50 hombres$\times$5 hembras cada uno). Por lo tanto,

$$N_e = \frac{4\times 50 \times 250}{50 + 250} = 166.67$$

Claramente, el tamaño efectivo de la población es mucho más pequeño que el tamaño de la población del censo.

Respuesta corta: El tamaño de población efectivo de una población es el tamaño de población correspondiente de una población idealizada (de pescadores) que funcionaría de la misma manera con respecto a la deriva genética y la consanguinidad que la población focal de interés.

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Respuesta larga, abajo.

Definiciones:

Heterogeneidad :
la probabilidad de que dos alelos muestreados aleatoriamente en la población sean idénticos ( idénticos por descendencia ).

Tamaño de la población del censo:
El tamaño de la población del censo ($N$) es el número de individuos de la población.

Población pesquera

Una población de pescadores es una población idealizada de tamaño$N$, donde todos los individuos se aparean al azar, no hay selección, no hay estructura de población, no hay mutación y las generaciones no se superponen. ¡Probablemente no existen poblaciones perfectamente pesqueras en la naturaleza!

La deriva genética provoca una disminución de la heterogeneidad. Como la deriva genética es una función del tamaño de la población (ver esta publicación ), esta disminución de la heterogeneidad es una función del tamaño de la población. La heterogeneidad en el tiempo$t$es:

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

, dónde$H_0$es la heterogeneidad en$t=0$. Puedes comprobar por ti mismo que como$t$aumentar ,$H_t$disminuye Tambien como$N$disminuye,$H_t$disminuye En otras palabras, cuanto más se observa, más heterogeneidad se pierde y cuanto más pequeña es la población, mayor es la pérdida de heterogeneidad.

Tamaño efectivo de la población

Sea Pop_Auna población real. El tamaño efectivo de la población ($Ne$) de Pop_Aes el tamaño de una población pesquera idealizada que tendría la misma pérdida de heterogeneidad que Pop_A.

Puedes leer la oración anterior dos veces para asegurarte de que la entiendes. Básicamente es la definición del concepto de tamaño efectivo de población.

En otras palabras: Deja$N$Sea el tamaño de la población de Pop_A. Si Pop_Aes una población perfecta de pescadores, entonces su pérdida de heterocigosidad a lo largo del tiempo viene dada por:

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

Si Pop_Ano es una población de pescadores perfecta, entonces su disminución en heterocigosidad es mayor que la dada por la fórmula anterior. La disminución de la heterocigosidad de Pop_Acorresponde a la disminución de la heterocigosidad de una población de pescadores idealizada de diferente tamaño. Este tamaño se denomina tamaño efectivo de la población.$Ne$. Entonces, podemos reescribir la pérdida de heterogosidad a través del tiempo de Pop_Acomo:

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

(Nota$N$ha sido reemplazado por$Ne$)

, dónde$Ne$es el tamaño efectivo de la población de Pop_A.

Normalmente$Ne < N$, lo que significa que una población real sufre más deriva genética que una población de pescadores del mismo tamaño censal. Hay muchas razones que pueden llevar a que una población real tenga una deriva mayor de lo que se esperaría con el mismo tamaño del censo pero respetando los supuestos de la población pesquera. A continuación discuto tres razones:

Ejemplos

Proporción desigual de sexos

Piense como un primer ejemplo de una población donde la proporción de sexos está extremadamente sesgada hasta el punto de tener un hombre por 99 mujeres. En tal población, la mitad de los alelos de un locus dado en la próxima generación provendrán directamente del padre. En tales situaciones, la deriva genética es mucho mayor de lo que se esperaría de una población de pescadores de tamaño 100. Por lo tanto$Ne<N=100$. Calcular$Ne$cuando la proporción de sexos es desigual, puede usar esta fórmula:

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

, dónde$N_m$y$N_f$son el tamaño poblacional del censo de hombres y mujeres respectivamente. Puedes comprobar que cuando$N_f = N_m$, después$N_f + N_m = N = Ne$.

Variación en el tamaño de la población a través del tiempo

Si el tamaño de su población varía a lo largo de un tiempo determinado (un año, por ejemplo) y ese tiempo$t=3$(un período dado del año) el tamaño de la población del censo está dado por$N_i$, entonces el tamaño efectivo de la población es:

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

Esto es particularmente relevante para los insectos, por ejemplo, cuyo tamaño de población varía mucho entre estaciones.

Selección

Piense ahora en una población donde hay una gran variación en la forma física (hay selección). En tal población, tal vez toda la descendencia sea producida por solo una décima parte de la población actual. Como resultado, la población efectiva es diez veces menor que el tamaño de la población del censo.

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Probablemente pueda encontrar toda esta información en wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Effective_population_size

Avíseme si el concepto de población efectiva tiene más sentido para usted ahora.