คอขวดประชากรหรือคอขวดทางพันธุกรรมคือการลดลงอย่างรวดเร็วของขนาดประชากรอันเนื่องมาจากเหตุการณ์ทางสิ่งแวดล้อม เช่นภาวะอดอยากแผ่นดินไหวน้ำท่วมไฟไหม้โรคระบาดและภัยแล้งหรือกิจกรรมของมนุษย์ เช่นการฆ่าล้างเผ่าพันธุ์ การทำลาย ล้างสายพันธุ์ ความรุนแรงในวงกว้าง หรือการกำจัด โดยเจตนา เหตุการณ์ดังกล่าวสามารถลดความแปรผันในกลุ่มยีนของประชากรได้ ส่งผลให้ประชากรที่มีขนาดเล็กกว่าและมีความหลากหลายทางพันธุกรรม น้อยกว่า เหลืออยู่เพื่อส่งต่อยีนไปยังลูกหลานรุ่นต่อไปความหลากหลายทางพันธุกรรมยังคงต่ำลง เพิ่มขึ้นเฉพาะเมื่อมีการไหลของยีนจากประชากรอื่น หรือเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ตามเวลาเนื่องจากการกลายพันธุ์แบบสุ่ม[ 1 ^{]ส่งผล}ให้ความแข็งแกร่งของประชากรลดลงและความสามารถในการปรับตัวและอยู่รอดจากการเปลี่ยนแปลงทางสิ่งแวดล้อม เช่นการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศหรือการเปลี่ยนแปลงของทรัพยากรที่มีอยู่ลดลง^{[ 2 ]}ในทางกลับกัน หากผู้รอดชีวิตจากคอขวดคือบุคคลที่มีความเหมาะสม ทางพันธุกรรมสูงสุด ความถี่ของยีนที่เหมาะสมกว่าในกลุ่มยีนจะเพิ่มขึ้น ในขณะที่กลุ่มยีนเองจะลดลง

การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมที่เกิดจากคอขวดของประชากรสามารถเปลี่ยนแปลงการกระจายแบบสุ่มตามสัดส่วนของอัลลีลและอาจนำไป สู่ การสูญเสียอัลลีล ได้ โอกาสในการผสมพันธุ์ใน สายเลือดเดียวกัน และความเป็นเนื้อเดียวกันทางพันธุกรรมอาจเพิ่มขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่ ภาวะซึมเศร้า จากการผสมพันธุ์ในสายเลือดเดียวกันขนาดประชากรที่เล็กลงยังอาจทำให้เกิดการสะสมของการกลายพันธุ์ที่เป็นอันตรายได้^{[ 3 ]}

คอขวดของประชากรมีบทบาทสำคัญในชีววิทยาการอนุรักษ์ (ดู ขนาด ประชากรขั้นต่ำที่อยู่รอดได้ ) และในบริบทของการเกษตร ( การควบคุมทางชีวภาพและศัตรูพืช ) ^{[ 4 ]}

ในชีววิทยาการอนุรักษ์ขนาดประชากรขั้นต่ำที่สามารถอยู่รอดได้ (MVP) ช่วยในการกำหนดขนาดประชากรที่มีประสิทธิภาพเมื่อประชากรมีความเสี่ยงต่อการสูญพันธุ์ [ ^{5 ] [ 6 ] ผล} กระทบของคอขวดประชากรมักขึ้นอยู่กับจำนวนของแต่ละบุคคลที่เหลืออยู่หลังจากคอขวดและเปรียบเทียบกับขนาดประชากรขั้นต่ำที่สามารถอยู่รอดได้

คอขวดในรูปแบบที่แตกต่างออกไปเล็กน้อยอาจเกิดขึ้นได้หากกลุ่มเล็กๆ แยกตัวออกจากประชากรหลักในด้านการสืบพันธุ์ (เช่น ทางภูมิศาสตร์) เช่น ผ่านเหตุการณ์ผู้ก่อตั้ง เช่น หากสมาชิกเพียงไม่กี่คนของสายพันธุ์หนึ่งสามารถตั้งถิ่นฐานบนเกาะที่โดดเดี่ยวแห่งใหม่ได้สำเร็จ หรือจากโครงการเพาะพันธุ์ในกรงขนาดเล็ก เช่น สัตว์ในสวนสัตว์ หรืออีกทางหนึ่งสายพันธุ์รุกรานอาจประสบกับคอขวดของประชากรผ่านเหตุการณ์ผู้ก่อตั้งเมื่อถูกนำเข้าไปในพื้นที่ที่ถูกรุกราน^{[ 7 ]}

ตามแบบจำลองปี 1999 พบว่าเกิดภาวะคอขวดของประชากรอย่างรุนแรง หรือโดยเฉพาะอย่างยิ่งการ เกิด สปีชีส์ ใหม่อย่างสมบูรณ์ ในกลุ่มของออสตราโลพิเทคัสขณะที่พวกมันเปลี่ยนไปเป็นสปีชีส์ที่รู้จักกันในชื่อโฮโมอิเร็กตัสเมื่อสองล้านปีก่อน เชื่อกันว่าต้องมีภาวะคอขวดเพิ่มเติมเกิดขึ้นอีกนับตั้งแต่โฮโมอิเร็กตัสเริ่มเดินบนโลก แต่ข้อมูลทางโบราณคดี บรรพชีวินวิทยา และพันธุกรรมในปัจจุบันไม่เพียงพอที่จะให้ข้อมูลที่น่าเชื่อถือเกี่ยวกับภาวะคอขวดที่คาดการณ์ไว้ดังกล่าว^{[ 8 ]}อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ทางพันธุกรรมในปี 2023 พบว่ามี ภาวะคอขวดของประชากร บรรพบุรุษมนุษย์ที่อาจมีจำนวน 100,000 ถึง 1,000 คน "ในช่วงประมาณ 930,000 และ 813,000 ปีก่อน [ซึ่ง] กินเวลานานประมาณ 117,000 ปี และทำให้บรรพบุรุษมนุษย์เกือบจะสูญพันธุ์" ^{[ 9 ] [ 10 ]}

ทฤษฎีภัยพิบัติโตบาที่เป็นที่ถกเถียงซึ่งนำเสนอในช่วงปลายทศวรรษ 1990 ถึงต้นทศวรรษ 2000 ระบุว่าการระเบิดของภูเขาไฟขนาดใหญ่ ในอินโดนีเซียเมื่อประมาณ 75,000 ปีก่อน ทำให้ประชากร มนุษย์ลดลงเหลือเพียง 10,000–30,000 คน^{[ 11 ]}สมมติฐานนี้ตั้งอยู่บนความบังเอิญที่เห็นได้ชัดของหลักฐานทางธรณีวิทยาเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอย่างฉับพลัน หลักฐาน การรวมตัวของยีนบางชนิด^{[ 12 ]}และระดับความแปรผันทางพันธุกรรมที่ค่อนข้างต่ำในมนุษย์^{[ 11 ]}อย่างไรก็ตาม การวิจัยในภายหลัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงทศวรรษ 2010 ปรากฏว่าได้หักล้างทั้งข้อโต้แย้งทางพันธุกรรมและขอบเขตของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในขณะนั้น^{[ 13 ]}

ในปี 2000 บทความในวารสาร Molecular Biology and Evolutionได้เสนอแบบจำลองการปลูกถ่ายหรือ 'คอขวดระยะยาว' เพื่ออธิบายความแปรผันทางพันธุกรรมที่จำกัด แทนที่จะเป็นการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมที่ร้ายแรง^{[ 8 ]}ซึ่งสอดคล้องกับข้อเสนอแนะที่ว่าในแอฟริกาตอนใต้ทะเลทรายซาฮาราจำนวนประชากรอาจลดลงในช่วงเวลาหนึ่งจนเหลือเพียง 2,000 ตัว เป็นเวลานานถึง 100,000 ปี ก่อนที่จำนวนประชากรจะเริ่มขยายตัวอีกครั้งในช่วงปลายยุคหิน^{[ 14 ]}

คอขวดโครโมโซม Y ในยุคหินใหม่หมายถึงช่วงเวลาราว 5000 ปีก่อนคริสตกาล เมื่อความหลากหลายของโครโมโซม Y ในเพศชายลดลงอย่างรวดเร็วทั่วแอฟริกา ยุโรป และเอเชียจนถึงระดับที่เทียบเท่ากับการสืบพันธุ์ที่เกิดขึ้นในอัตราส่วนระหว่างชายและหญิงที่ 1:17 ^{[ 15 ]}งานวิจัยที่ค้นพบในปี 2015 ชี้ให้เห็นว่าสาเหตุของคอขวดอาจไม่ใช่การลดลงของจำนวนเพศชาย แต่เป็นการลดลงอย่างมากของเปอร์เซ็นต์ของเพศชายที่มีความสามารถในการสืบพันธุ์^{[ 16 ]}ใน วัฒนธรรมเกษตรกรรมเลี้ยงสัตว์ ในยุคหินใหม่เมื่อเทียบกับกลุ่มนักล่าและเก็บเกี่ยวใน ยุคก่อนหน้า ^{[ 17 ]}

วัวกระทิงยุโรปหรือที่เรียกว่าวัวไบซัน(Bison bonasus)เกือบจะสูญพันธุ์ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 สัตว์ที่ยังมีชีวิตอยู่ในปัจจุบันสืบเชื้อสายมาจากวัวกระทิงเพียง 12 ตัว และมีความแปรผันทางพันธุกรรมต่ำมาก ซึ่งอาจเริ่มส่งผลกระทบต่อความสามารถในการสืบพันธุ์ของวัวกระทิง^{[ 18 ]}

ประชากรของกระทิงอเมริกัน(Bison bison)ลดลงเนื่องจากการล่ามากเกินไป จนเกือบจะสูญพันธุ์ไปในช่วงประมาณปี 1890 แม้ว่าหลังจากนั้นจะเริ่มฟื้นตัวขึ้นแล้ว (ดูตาราง)

ตัวอย่างคลาสสิกของภาวะคอขวดทางประชากรคือแมวน้ำช้างเหนือซึ่งประชากรลดลงเหลือเพียงประมาณ 30 ตัวในช่วงทศวรรษ 1890 แม้ว่าปัจจุบันจะมีจำนวนหลายแสนตัว แต่ศักยภาพในการเกิดภาวะคอขวดภายในอาณานิคมยังคงมีอยู่ ตัวผู้ที่แข็งแรงที่สุดสามารถผสมพันธุ์กับตัวเมียได้มากที่สุด บางครั้งมากถึง 100 ตัว เมื่อลูกหลานส่วนใหญ่ในอาณานิคมสืบเชื้อสายมาจากตัวผู้ที่แข็งแรงเพียงตัวเดียว ความหลากหลายทางพันธุกรรมจึงมีจำกัด ทำให้สายพันธุ์นี้อ่อนแอต่อโรคและการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมมากขึ้น

หนูแฮมสเตอร์สีทองก็เป็นสัตว์ที่มีภาวะคอขวดทางพันธุกรรมเช่นกัน โดยหนูแฮมสเตอร์ที่เลี้ยงไว้ส่วนใหญ่สืบเชื้อสายมาจากลูกครอกเดียวที่พบในทะเลทรายซีเรียราวปี 1930 และเหลือหนูแฮมสเตอร์สีทองในป่าเพียงไม่กี่ตัวเท่านั้น

ตัวอย่างสุดขั้วของภาวะคอขวดทางประชากรคือ นกโรบินดำนิวซีแลนด์ซึ่งนกทุกตัวในปัจจุบันสืบเชื้อสายมาจากนกตัวเมียตัวเดียวที่ชื่อว่า โอลด์บลู ประชากรนกโรบินดำยังคงฟื้นตัวจากจุดต่ำสุดที่มีเพียงห้าตัวในปี 1980

จีโนมของแพนด้ายักษ์แสดงหลักฐานของคอขวดที่รุนแรงเมื่อประมาณ 43,000 ปีที่แล้ว^{[ 19 ]}นอกจากนี้ยังมีหลักฐานของสัตว์จำพวกไพรเมตอย่างน้อยหนึ่งชนิด คือลิงจมูกสั้นสีทองที่ประสบกับคอขวดในช่วงเวลานี้เช่นกัน คาดว่าเหตุการณ์ทางสิ่งแวดล้อมที่ไม่ทราบสาเหตุเป็นสาเหตุของคอขวดที่พบในทั้งสองชนิดนี้ คอขวดดังกล่าวน่าจะเป็นสาเหตุของความหลากหลายทางพันธุกรรม ที่ต่ำ ที่พบในทั้งสองชนิด

ข้อเท็จจริงอื่นๆ บางครั้งสามารถอนุมานได้จากคอขวดของประชากรที่สังเกตได้ ในบรรดาเต่ายักษ์ แห่ง หมู่เกาะกาลาปากอส ซึ่งเป็นตัวอย่างสำคัญของคอขวด ประชากรจำนวนมากบนเนินเขาของภูเขาไฟอัลเซโดนั้นมีความหลากหลายน้อยกว่าประชากรเต่าอีกสี่กลุ่มบนเกาะเดียวกันอย่างมีนัยสำคัญ การวิเคราะห์ดีเอ็นเอระบุว่าคอขวดเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 88,000 ปีก่อน ( YBP ) ^{[ 20 ]}เมื่อประมาณ 100,000 ปี ก่อน ภูเขาไฟได้ปะทุอย่างรุนแรง ฝังถิ่นที่อยู่อาศัยของเต่าส่วนใหญ่ไว้ใต้หินภูเขาไฟและเถ้าถ่าน

อีกตัวอย่างหนึ่งสามารถเห็นได้ในไก่ป่าแพรรีขนาดใหญ่ซึ่งแพร่หลายในอเมริกาเหนือจนถึงศตวรรษที่ 20 ในรัฐอิลลินอยส์เพียงแห่งเดียว จำนวนไก่ป่าแพรรีขนาดใหญ่ลดลงอย่างมากจากกว่า 100 ล้านตัวในปี 1900 เหลือเพียงประมาณ 46 ตัวในปี 1998 ^{[ 21 ]}การลดลงของประชากรเหล่านี้เป็นผลมาจากการล่าและการทำลายถิ่นที่อยู่แต่ผลที่ตามมาแบบสุ่มยังทำให้ความหลากหลายทางชีวภาพของสายพันธุ์ลดลงอย่างมาก การวิเคราะห์ดีเอ็นเอที่เปรียบเทียบนกจากปี 1990 และช่วงกลางศตวรรษแสดงให้เห็นถึงการลดลงทางพันธุกรรมอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา การจัดการไก่ป่าแพรรีขนาดใหญ่ในปัจจุบันรวมถึง ความพยายาม ในการกู้คืนทางพันธุกรรมซึ่งรวมถึงการย้ายไก่ป่าแพรรีระหว่างแหล่งผสมพันธุ์เพื่อเพิ่มความหลากหลายทางพันธุกรรมของแต่ละประชากร^{[ 21 ]}

ภาวะคอขวดของประชากรเป็นภัยคุกคามสำคัญต่อเสถียรภาพของประชากรสายพันธุ์ด้วยเช่นกัน ผีเสื้อ Papilio homerusเป็นผีเสื้อที่ใหญ่ที่สุดในทวีปอเมริกาและอยู่ในภาวะใกล้สูญพันธุ์ตามข้อมูลของIUCNการหายไปของประชากรส่วนกลางเป็นภัยคุกคามสำคัญของภาวะคอขวดของประชากร ประชากรที่เหลืออีกสองกลุ่มถูกแยกออกจากกันทางภูมิศาสตร์ และประชากรเหล่านี้เผชิญกับอนาคตที่ไม่มั่นคงพร้อมโอกาสในการถ่ายทอดยีนที่จำกัด^{[ 22 ]}

คอขวดทางพันธุกรรมมีอยู่ในเสือชีตาห์^{[ 23 ] [ 24 ]}

ปัญหาคอขวดทางพันธุกรรมยังพบได้ในสัตว์สายพันธุ์แท้ (เช่นสุนัขและแมว : ปั๊ก , เปอร์เซีย ) เนื่องจากผู้เพาะพันธุ์จำกัดแหล่งยีน ของตน ไว้เพียงไม่กี่ตัว (ที่ชนะการประกวด) โดยพิจารณาจากรูปลักษณ์และพฤติกรรม การใช้สัตว์ที่มีลักษณะที่ต้องการเป็นจำนวนมากโดยไม่สนใจสัตว์ตัวอื่น ๆ อาจส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์พ่อพันธุ์ยอดนิยมได้

การคัดเลือกพันธุ์สุนัขทำให้เกิดคอขวดเฉพาะสายพันธุ์^{[ 25 ]} คอขวดเหล่านี้ส่งผลให้สุนัขมี ภาระทางพันธุกรรมมากกว่าหมาป่าสีเทาโดยเฉลี่ย 2–3% ^{[ 26 ]}โครงการผสมพันธุ์ที่เข้มงวดและคอขวดของประชากรทำให้เกิดโรคต่างๆ เช่น โรคหัวใจ ตาบอด มะเร็งโรคข้อสะโพกเสื่อม และต้อกระจกในสุนัขบ้าน^{[ 25 ]}

การคัดเลือกพันธุ์เพื่อผลิตพืชผลที่มีผลผลิตสูงทำให้เกิดคอขวดทางพันธุกรรมในพืชผลเหล่านี้และนำไปสู่ความเหมือนกันทางพันธุกรรม^{[ 27 ]}ความหลากหลายทางพันธุกรรมที่ลดลงในพืชผลหลายชนิดอาจนำไปสู่ความอ่อนแอต่อโรคหรือศัตรูพืชชนิดใหม่มากขึ้น ซึ่งเป็นภัยคุกคามต่อความมั่นคงทางอาหารทั่วโลก^{[ 28 ]}

งานวิจัยแสดงให้เห็นว่ามีความหลากหลายทางพันธุกรรมในจีโนมของต้นสนวอลเลมี ( Wollemia nobilis ) น้อยมากจนแทบตรวจไม่พบ ^{[ 29 ]} IUCN พบจำนวนประชากรที่โตเต็มวัย 80 ต้น และต้นกล้าและต้นอ่อนประมาณ 300 ต้นในปี 2011 และก่อนหน้านี้ ต้นสนวอลเลมีมีจำนวนน้อยกว่า 50 ต้นในป่า^{[ 30 ]}ขนาดประชากรที่ต่ำและความหลากหลายทางพันธุกรรมที่ต่ำแสดงให้เห็นว่าต้นสนวอลเลมีประสบกับภาวะคอขวดของประชากรอย่างรุนแรง

ภาวะคอขวดของประชากรเกิดขึ้นในช่วงทศวรรษ 1970 จากความพยายามในการอนุรักษ์ต้นซิลเวอร์สวอร์ดเมานาเคอา ที่ใกล้สูญพันธุ์ ( Argyroxiphium sandwicense ssp. sandwicense ) ^{[ 31 ]}ประชากรตามธรรมชาติของซิลเวอร์สวอร์ดมีจำนวนน้อย และเพิ่มขึ้นในช่วงทศวรรษ 1970 ด้วยต้นที่ปลูกใหม่ ต้นซิลเวอร์สวอร์ดที่ปลูกใหม่ทั้งหมดพบว่าเป็นลูกหลานรุ่นแรกหรือรุ่นต่อๆ ไปของแม่ผู้ก่อตั้งเพียงสองตัวเท่านั้น จำนวนตำแหน่งโพลีมอร์ฟิกที่ต่ำในต้นที่ปลูกใหม่ทำให้เกิดภาวะคอขวดของประชากร ส่งผลให้สูญเสียอัลลีลเครื่องหมายที่ตำแหน่งแปดตำแหน่ง

• เบบี้บูม
• การลดลงของประชากร
• การเติบโตของประชากร

วิกิมีเดียคอมมอน ส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับปัญหาคอขวดของประชากร

• Hawks J, Hunley K, Lee SH, Wolpoff M (มกราคม 2000). "คอขวดของประชากรและวิวัฒนาการของมนุษย์ในยุคไพลสโตซีน" . ชีววิทยาโมเลกุลและวิวัฒนาการ . 17 (1): 2– 22. doi : 10.1093/oxfordjournals.molbev.a026233 . PMID  10666702 .
  • " งานวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นทฤษฎีบิ๊กแบงเกี่ยวกับการวิวัฒนาการของมนุษย์"ภาควิชามานุษยวิทยา มหาวิทยาลัยมิชิแกน (ข่าวประชาสัมพันธ์) 10 มกราคม 2000 เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 5 กุมภาพันธ์ 2014 สืบค้นเมื่อ4 มีนาคม 2014
• ประวัติศาสตร์ของแมวน้ำช้างเหนือ
• Nei M (พฤษภาคม 2548). "คอขวด ความหลากหลายทางพันธุกรรม และการเกิดสปีชีส์ใหม่" พันธุศาสตร์ 170 ( 1 ): 1– 4. doi : 10.1093/genetics/170.1.1 . PMC  1449701 . PMID  15914771 .