Wie viele Menschen sind für eine gesunde Wiederbesiedlung der Erde (Post-Apokalypse) erforderlich?

Vorwort
Diese Frage ist sehr ähnlich (aber nicht identisch) mit einer früheren World Builder-Frage ( Was ist die minimale menschliche Bevölkerung, um eine Kolonie zu unterhalten ). Wenn Sie an dieser Frage und Antwort interessiert sind, empfehle ich, diese Frage und ihre Antworten zu lesen, um zusätzliche Informationen zu erhalten.

MVP
Der Begriff, nach dem Sie suchen, ist Minimum Viable Population .

Dieser Begriff [MVP] wird in den Bereichen Biologie, Ökologie und Naturschutzbiologie verwendet. Genauer gesagt ist MVP die kleinstmögliche Größe, bei der eine biologische Population existieren kann, ohne dass sie durch Naturkatastrophen oder demografische, umweltbedingte oder genetische Stochastik ausgelöscht wird. Der Begriff „Population“ bezieht sich selten auf eine ganze Art.

MVP bedeutet normalerweise nicht das Überleben einer Art, aber es kann auch verwendet werden, um dies zu berechnen.

Die Referenz zeigt, dass dieser Wert ohne menschliches Management im Durchschnitt etwas unter 5.000 Individuen für Landwirbeltiere liegt.

Ich erinnere mich, gelesen zu haben, dass man kleinere Zahlen durch menschliches Eingreifen lebensfähig machen kann. Das Folgende ist meine Erinnerung. Ich erinnere mich nicht mehr an die Referenz, von der ich die Nummern bekommen habe.

Bei 5000 Individuen
ist die Population ohne menschliches Eingreifen lebensfähig.

Bei 500 Individuen
können Paare monogam bleiben, aber Paarungspaare müssen von einem Genetikgremium genehmigt werden, um die genetische Vielfalt sicherzustellen und Inzucht zu begrenzen.

Bei 50 Individuen
Jeder Mensch muss im Laufe seines Lebens möglichst viele Babys mit unterschiedlichen Partnern bekommen.

Ein Genetikausschuss muss alle Paarungen genehmigen. Paare können sich paaren, aber jedes Paar kann nur ein Kind empfangen. Individuen, die sich gepaart hatten, müssten sich weiterhin außerhalb ihrer Beziehung paaren, bis die Größe der Population größer und vielfältiger würde (wahrscheinlich nicht möglich für mehrere Generationen).

Es sah so aus, als ob 50 das absolute Minimum wären und dass ein frühzeitiger Verlust sehr vieler Mitglieder (durch Unfall oder Krankheit) die gesamte Kolonie gefährden würde.

Eine andere Meinung:
Ein Genetiker hat tatsächlich eine verwandte Frage untersucht , nämlich "was ist die optimale Besatzungsgröße für ein Generationenschiff". Das „Optimum“ wurde als die kleinste Besatzung angesehen, die während der 200-jährigen / 10-Generationen-Reise des Schiffes eine akzeptable genetische Vielfalt aufrechterhielt (ich weiß nicht, was er für akzeptabel hielt).

Für eine Weltraumreise von 200 Jahren, vielleicht acht bis zehn Generationen, schlagen seine Berechnungen eine Mindestzahl von 160 Menschen vor, um eine stabile Bevölkerung aufrechtzuerhalten.

Am Ende dieser Reise muss die Besatzung wieder in eine größere Population mit größerer genetischer Vielfalt eingeführt werden (eine große Zielpopulation oder eine befruchtete Eibank, um sicherzustellen, dass keine genetischen Probleme auftreten. Der Artikel sagt dies nicht ausdrücklich, aber es impliziert dass ohne die Einführung dieser Vielfalt die Auswirkungen der Inzucht groß sein könnten.

„Der Rückgang der genetischen Variation ist tatsächlich ziemlich gering und geringer als bei einigen erfolgreichen kleinen Populationen auf der Erde“, sagt er. „Es wäre kein signifikanter Faktor, solange die Raumfahrer am Ende der 200-Jahres-Periode nach Hause kommen oder mit anderen Menschen interagieren.“

Bei dieser Frage müssen wir bedenken, dass diese Zahlen niedriger sind als das Minimum , das zur Wiederbesiedlung des Planeten erforderlich ist, denn um den Planeten wieder zu bevölkern, wird unsere Bevölkerung mit der gesamten genetischen Vielfalt beginnen, die sie jemals bekommen wird.

Wie andere vorgeschlagen haben, erhalten Sie eine bessere Vielfalt, wenn Sie die Mitglieder für diese Vielfalt von Hand auswählen, anstatt vom Zufall abhängig zu sein. Die obige Zahl von 160 Personen geht davon aus, dass die Mitglieder dieser Population aufgrund ihrer Diversität ausgewählt wurden .

Beachten Sie auch, dass die Person, die diese Population erstellt, die Gelegenheit nutzen könnte, wahrgenommene positive Eigenschaften bei Menschen zu konzentrieren. Viele positive Eigenschaften (z. B. eines der 1000 Gene, die die Intelligenz beeinflussen) tragen jedoch oft versteckte oder rezessive negative Eigenschaften mit sich. Das Gen-Screening müsste äußerst sorgfältig durchgeführt werden, um eine Konzentration von Genen zu vermeiden, die, wenn sie kombiniert werden, schwerwiegende negative Nebenwirkungen verursachen.

Menschen haben auf der Grundlage genetischer Engpassstudien berichtet, dass es beim letzten Mal etwa 10000 Menschen gewesen sein könnten. Vielleicht nicht Tobas Schuld , aber Engpässe sind Teil unserer Geschichte. Das Ausmaß der Variation kann abgeleitet werden, aber es ist schwer zu sagen, wie viele Menschen das bedeutet, da wir annehmen, dass sie vorher vielfältiger waren. Heutige Menschen brauchen möglicherweise viel mehr Individuen, um die gleiche Vielfalt zu erreichen. Wenn es sich bei den Überlebenden um die Bevölkerung von Queens NY handelte, würde eine kleine Zahl ausreichen. Wenn sie ein isoliertes Dorf wären, reicht das ganze Dorf nicht aus.

In Testen von Migrationsmustern und Abschätzen der Größe der Gründungspopulation in Polynesien unter Verwendung menschlicher mtDNA-Sequenzen. Murray-McIntosh R. Scrimshaw B. Hatfield P. Penny D. (1998) Sie haben eine Ahnung, wie viele Frauen Neuseeland ursprünglich kolonisiert haben. (Frauen nur, weil sie mitochondriale DNA verwenden).

Die Ergebnisse stimmen mit einer Gründungspopulation überein, die 70 Frauen (zwischen 50 und 100) umfasst.

Dies gibt kein Minimum an, aber es zeigt eine niedrige Zahl, die funktioniert hat.

Lassen Sie uns ein bisschen rechnen, um zu versuchen, die Dinge zu schätzen. Zuerst einige grundlegende Genetik. Jedes Gründungsmitglied Ihrer Bevölkerung bringt 2 Kopien von jedem seiner Chromosomen mit. Auf jedem dieser Chromosomen befinden sich viele tausend Gene, und die überwiegende Mehrheit von ihnen funktioniert in jedem von uns perfekt. Aber aufgrund zufälliger Mutationen haben manche Menschen Kopien von Genen, die nicht funktionieren. Oft ist das in Ordnung, weil Sie nur eine defekte Kopie haben und Ihre andere Kopie funktioniert und in der Lage ist, das defekte Allel zu kompensieren. Genetiker nennen dies Haplosuffizienz. Dies bedeutet, dass das defekte Gen oder schlechte Allel rezessiv ist, während das funktionierende Gen oder gute Allel dominant ist. Das schlechte Allel verursacht nur ein Problem bei Personen, die zwei kaputte Kopien bekommen. Wenn Sie eine defekte Kopie und eine Arbeitskopie haben, sind Sie an diesem Locus heterozygot, und Sie sind Träger der Krankheit. Wenn Sie zwei gebrochene Kopien haben, sind Sie homozygot für die Krankheit und werden davon betroffen sein.

Die meisten schlechten Allele sind selten, weil sie durch natürliche Auslese selektiert werden. Ein Träger eines Krankheitsgens läuft nur dann Gefahr, ein Kind mit der Krankheit zu bekommen, wenn er sich zufällig mit einem anderen Träger derselben Krankheit paart. Deshalb ist Inzucht schlecht. Wenn sich zwei eng verwandte Personen paaren, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass beide Träger derselben genetischen Störung sind und daher ein Kind mit zwei Kopien des schlechten Allels und damit der Krankheit bekommen.

Also Mathezeit. Ich werde die Dinge sowohl für den Leser als auch für mich ein wenig vereinfachen, aber die Ergebnisse sollten immer noch einigermaßen nah an der Realität sein.

Nehmen wir an, wir beginnen mit einer Population der Größe N. Das bedeutet, dass es 2*N Gesamtkopien jedes Gens oder Allels in unserem Genpool geben wird. Wenn also jemand in unserer Ausgangspopulation der Größe N Träger einer genetischen Störung ist, wird diese genetische Störung in unserer Population mit einer Häufigkeit von 1/(2N) existieren. Die Häufigkeit des guten Allels in der Population beträgt 1 - 1/(2N). Nennen wir diese Frequenzen q bzw. p. Nun gibt es 3 mögliche Genotypen oder mögliche genetische Kombinationen. 2 gute Allele, 1 gutes Allel und 1 schlechtes Allel und 2 schlechte Allele. Für jede zufällig gemischte Population sind die Wahrscheinlichkeiten für jeden dieser Genotypen wie folgt: 2 gute Allele = p^2, 1 gutes und 1 schlechtes Allel = 2pq und 2 schlechte Allele = q^2. Die Argumentation hinter diesen Zahlen sollte ziemlich einfach sein. Die Wahrscheinlichkeit, 2 schlechte Allele zu haben, ist gleich der Häufigkeit des schlechten Allels im Quadrat. Unter Verwendung einer einfachen Substitution finden wir nun heraus, dass die Häufigkeit einer genetischen Störung, die in die Bevölkerung eingeschleppt wurde, (1/(2N))^2 sein wird.

Lassen Sie uns unsere Formel an einem konkreten Beispiel ausprobieren. Nehmen wir an, wir haben eine Startpopulation von 10. Einer unserer 10 Menschen trägt zufällig eine Mutation im CFTR-Gen, was bedeutet, dass er Träger von Mukoviszidose ist. Das bedeutet, dass 1/20 aller CFTR-Gene in unserem Genpool defekt sind. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Kind in der Bevölkerung 2 Kopien des defekten CFTR-Gens erhält und dadurch Mukoviszidose bekommt, beträgt 1/20 * 1/20 oder 1/400 oder 0,25 %. Das hört sich jetzt gar nicht so schlecht an, oder? Das Problem ist, dass Ihre Ausgangspopulation sehr glücklich wäre, wenn sie nur 1 Träger für 1 genetische Störung in sich hätte. Eine sehr aktuelle Veröffentlichung schätzt, dass die durchschnittliche Person Träger von 1-2 rezessiven tödlichen Mutationen ist: http://www.genetics.org/content/199/4/1243.full. Wenn jede Person in unserer Ausgangspopulation Träger einer einzigen unterschiedlichen rezessiven tödlichen genetischen Störung wäre, dann würde jede dieser 10 Krankheiten ~ 0,25 % unserer zukünftigen Bevölkerung töten (etwas weniger, weil sie manchmal gleichzeitig auftreten würden).

Machen wir es noch schlimmer und sagen wir, wir hatten nur eine Ausgangspopulation von 2. Wenn jede dieser Personen Träger einer einzelnen rezessiven tödlichen Mutation wäre, würden diese schlechten Allele in der Population mit einer Häufigkeit von 25% existieren und Kinder würden 2 schlecht bekommen kopiert 6,25 % der Zeit. Bei zwei Erkrankungen würde also etwa ein Achtel der Kinder an Gendefekten sterben.

Machen wir es besser und sagen wir, wir hatten eine Ausgangspopulation von 100, von denen jeder 1 rezessives tödliches Allel einbringt. Jede dieser 100 Krankheiten würde jetzt nur noch 0,0025 % der Zeit auftreten, was zu insgesamt 0,25 % Todesfällen bei Kindern führen würde.

Dies berücksichtigt jedoch nur tödliche Mutationen. Es gibt wahrscheinlich noch viel mehr Mutationen, die Unfruchtbarkeit, geistige Behinderung und zahlreiche andere Probleme verursachen können. Ich kann keine Zahlen darüber finden, wie viele dieser Mutationstypen die durchschnittliche Person Träger ist, aber es ist wahrscheinlich höher als die Zahl für rezessive tödliche Mutationen, da die Selektion gegen sie nicht so stark wäre.

Ein paar zusätzliche Anmerkungen. Erstens werden diese Inzuchteffekte im Laufe der Zeit allmählich abnehmen. Jedes Mal, wenn ein Kind mit 2 schlechten Kopien eines Gens geboren wird und stirbt, werden diese 2 schlechten Kopien aus dem Genpool entfernt. Je schlimmer die Häufigkeit der genetischen Störungen ist, desto schneller nehmen die Häufigkeiten der schlechten Allele in der Bevölkerung ab. Zweitens bestimmt die Anfangspopulationsgröße auch, wie viele Generationen es dauert, bis die Population ausreichend gemischt ist, dass Inzucht überhaupt auftritt. Bei einer Anfangspopulation von 2 muss die erste Generation Inzucht betreiben, aber bei einer Populationsgröße von 100 würden viele Generationen vergehen, bevor sich irgendjemand mit jemandem, der mit ihm verwandt ist, fortpflanzen müsste. Drittens, wenn die Ausgangspopulationsgröße klein ist, wird das Ergebnis ebenfalls sehr variabel sein. Die Zahlen, die ich oben berechnet habe, stellen das durchschnittliche Ergebnis dar, unter der Annahme, dass die Population weder Glück noch Pech hat, wenn Allele an die nächste Generation weitergegeben werden, aber bei einer kleinen Anfangspopulationsgröße könnten einige unglückliche Vererbungen von schlechten Allelen später katastrophale Komplikationen haben Einige glückliche Vererbungen guter Allele könnten alle schlechten Allele frühzeitig aus der Population entfernen. Kleine Populationen hätten auch ein hohes Maß an Wahrscheinlichkeit, wie schlimm die Inzucht wird.

Obwohl ich Ihnen nicht wirklich eine konkrete Zahl gegeben habe, hoffe ich, dass die Mathematik es Ihnen ermöglicht, Ihre eigene Anfangspopulationsgröße zu berechnen, wenn Sie Ihre Definition von "relativ sauber" berücksichtigen.

Ich denke, Sie könnten die Freiheit haben, die Zahl zu diktieren, solange Sie auch die Genotypen der potenziellen neuen Population diktieren.

Das Problem mit der Menschheit heute – aus rein natürlicher Sicht (was unvermeidlich sehr nationalistisch-sozialistisch klingen wird) – ist, dass die Menschheit seit Hunderten, wenn nicht Tausenden von Jahren gegen die natürliche Selektion gekämpft hat. Wir haben uns bemüht, alles menschliche Leben zu erhalten, einschließlich derer, deren Phänotypen rezessive Merkmale aufweisen, die sie gebrechlich oder zerbrechlich machen, wie Personen, die mit körperlichen oder geistigen Behinderungen geboren wurden, bis hin zu Nahrungsmittelallergien und Depressionen. Das Problem bei Inzucht besteht darin, dass diese rezessiven Merkmale aufgrund des Mangels an Variation häufiger zum Ausdruck kommen, was zu einer genetisch gestörten Population führt.

Sie haben in Ihrer Frage zufällige Personen angegeben, die eine relativ große Population erfordern würden, um eine angemessene Genetik sicherzustellen. Aber wenn die Zuchtpopulation basierend auf der Stärke ihrer Genotypen ausgewählt würde, dann könnte die Population viel kleiner sein, und die daraus resultierende menschliche Rasse wäre viel stärker, potenziell frei von allen genetischen Krankheiten wie Krebs, Diabetes und anderen Leiden überspringen oft viele Generationen, bis der Phänotyp eines unglücklichen Nachkommens das Gen exprimiert.

Die Schaffung einer genetisch perfekten Population war die Prämisse des James-Bond-Films „Moonraker“ . Der Bösewicht in diesem Film baute eine Raumstation, die die Heimat genetisch perfekter Paare aus allen Rassen der Menschheit (also nicht völlig nationalistisch-sozialistisch) sein sollte, sowie die Startanlage, die ein Nervengift liefern würde, das in der Lage wäre, alle auszurotten menschliches Leben auf dem Planeten (während Tier- und Pflanzenleben erhalten bleiben), die Erde verlassen und frei, um von einer neuen "Herrenrasse der Menschen" bewohnt zu werden.

Sie haben also das Potenzial, eine postapokalyptische Gesellschaft zu schaffen, die nach heutigen Maßstäben einige extrem unmoralische Richtlinien verfolgt, alles im Namen der Erhaltung der Menschheit und ihrer Stärkung als zuvor. Denken Sie an die 100 , nur anstatt Menschen als Kriminelle in den Weltraum zu schweben, verwenden sie Methoden wie die Serialisierung, um zu verhindern, dass schädliche Allele die Blutlinien „infizieren“.

Ich verstehe, dass die menschliche Bevölkerung auf nur noch 600 Individuen gesunken ist, mit denen alle Menschen verwandt sind, und deshalb haben Menschen im Vergleich zu anderen Affen eine relativ geringe genetische Vielfalt.

Ich habe es letzte Nacht in „Becoming Human – Folge 3“ auf YouTube gesehen, falls Sie daran interessiert sind, sich näher damit zu befassen.

Wenn sie zur Erde zurückkehren, nachdem die Pest (oder was auch immer) vorüber ist, könnten alle Frauen in der Besatzung (die möglicherweise ALLE oder fast alle Frauen sein sollten) die vorhandenen Eibanken abbauen, um genetische Vielfalt zu erhalten. Ich nehme an, dass die Ausrüstung zum Implantieren der Eier noch brauchbar wäre. Die Frage, ob die Eier nach drei Jahren ohne Kühlschrank immer noch eingefroren sind, ist eine andere Sache, aber diese Wiederherstellung scheint geplant zu sein, also würde vielleicht eine USV Abhilfe schaffen.

Außerdem, warum außerhalb der Erde? Warum nicht isoliert auf der Erde bleiben?

Und nicht, dass es wichtig wäre, aber eine gute Wahl für die Quellstadt. Wir sind ein guter Haufen.

Ohne Ihnen eine feste Zahl nennen zu können, würde ich sagen, dass dies sehr vom Grad der Vorauswahl abhängt, die Sie vor / während des Evakuierungsprozesses treffen können. Je mehr Sie überprüfen können und je selektiver Sie sein können, desto besser Nachkommen jeder isolierten Population, die Sie erstellen, werden es sein. Ich vermute jedoch, dass die in Jim2Bs Antwort erwähnte 5000 ein guter Ausgangspunkt wäre.

Es passt vielleicht nicht ganz zur Prämisse Ihrer Frage, aber wenn erwartet wird, dass das Technologieniveau ungefähr gleich bleibt wie jetzt, dann ist es durchaus möglich, dass eine sehr kleine Population durch direkte Manipulation der embryonalen DNA eine gewisse genetische Vielfalt aufrechterhalten könnte. Die Anzahl der Paare wäre weniger wichtig als die Menge an genetischem Material, das zum Spleißen zur Verfügung steht, und die Anzahl der Generationen, die die Bevölkerung voraussichtlich dieser Art von Behandlung unterziehen wird.

Wenn die anfängliche Population sehr klein wäre, müssten offensichtlich „verwandte“ Individuen wie Bruder und Schwester züchten. Dies würde die genetische Vielfalt nicht beeinträchtigen (da die beiden Individuen genetisch so unterschiedlich sind, dass dies kein Problem darstellt), könnte es jedoch je nach den kulturellen Normen Ihrer postapokalyptischen Gesellschaft soziale Barrieren geben.

Selbst in diesem Szenario wird es wahrscheinlich einen Prozentsatz von Individuen geben, die unfruchtbar gemacht werden oder sterben, bevor sie Kinder bekommen, aber das hängt von Umweltfaktoren ab, die ich hier nicht modellieren kann. Unter der Annahme, dass der Prozentsatz niedrig ist, wäre es möglich (wenn auch unangenehm, wie oben), mit so wenigen Menschen wie einem fruchtbaren Paar wieder zu bevölkern.

Die Antwort ist einfach. Da die meisten von uns bereits zu einem gewissen Prozentsatz aus Inzuchtgenetik bestehen, ist es leider nicht ganz so einfach, aber dies ist die grundlegende Theorie.

Sie brauchen 3 Weibchen und 3 Männchen. Sie müssen alle genetisch genug voneinander entfernt sein, um dies korrekt zu tun, aber wie die Farben des Regenbogens benötigen Sie nur 3 Primärfarben, um jede andere Farbe zu erzeugen, die Sie sich vorstellen können, sogar Schwarz und Grau. Da sich Menschen nicht selbst replizieren, braucht man 6 statt 3 Personen. 3 Männchen und 3 Weibchen. Aber weil wir sowohl Männchen als auch Weibchen brauchen, können wir einfach sagen, dass wir DREI ZUCHTEINHEITEN brauchen.

Wenn alle beteiligten Eltern genetisch weit genug voneinander entfernt sind, ist es theoretisch dasselbe, als würde man diese 3 Farben miteinander mischen, um eine zufällige Farbe zu erhalten, was offensichtlich für Nachkommen wünschenswert ist, um Geburtsfehler und Lernschwierigkeiten zu verhindern.

Das Universum liebt die Zahl 3, und sicherlich sind Tetraeder (Dreiecke) grundlegende Formen. Sie können kein geometrisches Objekt mit weniger als 3 Seiten haben. Versuchen Sie, einen Tischständer mit weniger als 3 Beinen herzustellen. Kein Schummeln mit gestreckten, verstärkten Beinenden, da dies als mehr als zwei Beine zählt. Interessant oder?

BEARBEITEN: Übrigens werden die Zuchteltern mit den Nachkommen der gegenüberliegenden Zuchteinheit gekreuzt, wenn sie alt genug sind. Hab vergessen das da rein zu setzen. Inzucht wird bis zu einem gewissen Grad zu haben sein, aber andererseits, wenn wir einfach unsere gesamte Genetik austauschen würden, wären wir nicht einmal Menschen. Ein gewisses Maß an Inzucht ist akzeptabel, wir sind einfach nicht geübt darin, außerhalb der „richtigen“ Schublade zu denken.