遺伝的多様性

集団の遺伝子プールの多様性により、自然選択は、集団が変化する環境に適応できる形質に作用します。環境の変化に伴い、形質の選択または不選択が起こり、遺伝的多様性の増加（新しい突然変異が選択され維持される場合）または遺伝的多様性の減少（不利な対立遺伝子が選択されない場合）につながります。^{[ 11 ]}したがって、遺伝的多様性は種の生存と適応において重要な役割を果たします。^{[ 12 ]}集団が変化する環境に適応できるかどうかは、必要な遺伝的多様性の存在に依存します。^{[ 13 ] [ 14 ]}集団の遺伝的多様性が高ければ高いほど、集団が適応して生き残れる可能性が高くなります。逆に、遺伝的多様性が減少すると、気候変動や新しい病気などの変化に対する集団の脆弱性が高まります。^{[ 15 ]}例えば、コアラがクラミジアやコアラレトロウイルス（KoRV）と戦うために適応できないのは、コアラの遺伝的多様性が低いことと関連付けられています。^{[ 16 ]}この遺伝的多様性の低さは、コアラが将来的に気候変動や人間が引き起こす環境変化に適応できるかどうかについて、遺伝学者たちに懸念を抱かせている。^{[ 16 ]}

大規模な集団は遺伝物質を維持しやすく、一般的に遺伝的多様性が高い。^{[ 11 ]}小規模な集団は、遺伝的浮動の一例であるランダムな偶然によって時間の経過とともに多様性が失われる可能性が高い。対立遺伝子（遺伝子の変異体）が固定化に浮動すると、同じ遺伝子座のもう一方の対立遺伝子が失われ、遺伝的多様性が失われる。^{[ 17 ]}小規模な集団では、遺伝的構成が似ている個体間の近親交配が起こりやすく、より一般的な対立遺伝子が固定化の段階まで維持され、遺伝的多様性が低下する。^{[ 18 ]}したがって、大型哺乳類は集団規模が小さく、人間による集団への影響が大きいため、遺伝的多様性に関する懸念は特に重要である。^[16]

遺伝的ボトルネックは、個体数が少ない期間を経ると発生し、遺伝的多様性が急速に減少します。個体数が増加しても、種全体が小さな個体群から始まった場合、有益な突然変異（後述）はまれであり、遺伝子プールは小さな初期個体群によって制限されるため、遺伝的多様性は低いままになることがよくあります。^{[ 19 ]}これは、遺伝的に健全な救済された個体群または種を目指す保全遺伝学の分野で重要な考慮事項です。

ランダムな突然変異は一貫して遺伝的変異を生み出す。^{[ 11 ]}突然変異は、新しい遺伝子が遺伝子プールに導入されるため、短期的には遺伝的多様性を増加させる。しかし、この遺伝子の存続は、遺伝的浮動と選択に依存する（上記参照）。ほとんどの新しい突然変異は、適応度に対して中立または負の影響を与えるが、一部は正の影響を与える。^{[ 11 ]}有益な突然変異は存続する可能性が高く、したがって遺伝的多様性に対して長期的に正の影響を与える。突然変異率はゲノム全体で異なり、集団が大きいほど突然変異率が高くなる。^{[ 11 ]}集団が小さい場合、突然変異は遺伝的浮動によって排除される可能性が高いため、存続する可能性は低くなる。^{[ 11 ]}

遺伝子流動は、多くの場合移住によって起こる遺伝物質の移動（例えば、風に乗って運ばれる花粉や鳥の渡りなど）である。遺伝子流動によって、集団に新たな対立遺伝子が導入されることがある。これらの対立遺伝子は集団に組み込まれ、遺伝的多様性が増加する。^{[ 20 ]}

例えば、アフリカの蚊であるAnopheles gambiaeでは殺虫剤耐性突然変異が生じた。一部のA. gambiae蚊がAnopheles coluzziin蚊の集団に移動した結果、有益な耐性遺伝子が一方の種から他方の種へと伝達された。A . gambiaeでは突然変異によって、A. coluzziinでは遺伝子流動によって遺伝的多様性が増加した。^{[ 21 ]}

人間が最初に農業を始めたとき、作物の望ましい形質を残し、望ましくない形質を取り除くために選択育種が用いられました。選択育種は単一栽培、つまり遺伝的にほぼ同一の植物で構成された農場全体につながります。遺伝的多様性がほとんどないため、作物は広範囲にわたる病気に対して非常に脆弱になります。細菌は絶えず変異し変化しており、病原性細菌が特定の遺伝子変異を攻撃するように変化すると、その種の膨大な量を容易に死滅させることができます。細菌が最も攻撃しやすい遺伝子変異が、人間が収穫のために選択育種してきたものと偶然一致すると、作物全体が死滅します。^{[ 22 ]}

19世紀のアイルランド大飢饉は、生物多様性の欠如が一因となっていた。新しいジャガイモは繁殖によってではなく、親株の断片から生じるため、遺伝的多様性が発達せず、作物全体が基本的に1つのジャガイモのクローンであるため、疫病に特に脆弱である。1840年代、アイルランドの人口の多くは食料としてジャガイモに依存していた。彼らは主に「ランパー」という品種のジャガイモを栽培していたが、これはフィトフトラ・インフェスタンスと呼ばれる腐敗を引き起こす卵菌に感染しやすかった。^{[ 23 ]}この菌類はジャガイモ作物の大部分を破壊し、100万人を餓死させた。

農業における遺伝的多様性は、病気だけでなく草食動物にも関係しています。上記の例と同様に、単作農業では、区画全体で均一な形質が選択されます。この遺伝子型が特定の草食動物に弱い場合、作物の大部分が失われる可能性があります。^{[ 24 ] [ 25 ]}農家がこれを回避する方法の1つは、間作です。草食動物とその好む宿主植物の間の障壁として、関連性のない、または遺伝的に異なる作物を列状に植えることで、農家は草食動物が区画全体に広がる能力を効果的に減らすことができます。^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}

家畜種の遺伝的多様性により、さまざまな環境やさまざまな目的での畜産が可能になります。また、選択的育種プログラムの原材料を提供し、環境条件の変化に応じて家畜集団が適応することを可能にします。^{[ 29 ]}

家畜の生物多様性は、品種の絶滅やその他の遺伝的浸食によって失われる可能性がある。2014年6月現在、国連食糧農業機関（FAO ）が運営する家畜多様性情報システム（ DAD-IS ）に記録されている8,774品種のうち、17%が絶滅の危機に瀕しており、7%がすでに絶滅していると分類されている。^{[ 29 ]}現在、2007年に食糧農業遺伝資源委員会の後援の下で策定された動物遺伝資源に関する世界行動計画があり、動物遺伝資源の管理のための枠組みとガイドラインを提供している。

動物遺伝資源の維持の重要性に対する認識は、時とともに高まってきました。FAOは、世界の食料・農業用動物遺伝資源の現状に関する2つの報告書を発表しており、世界の家畜の多様性、そしてそれらを管理・保全する能力について詳細な分析を行っています。

自然界には、遺伝的多様性を維持または増加させる方法がいくつかあります。海洋プランクトンにおいては、ウイルスが遺伝子シフトのプロセスに役立っています。プランクトンに感染する海洋ウイルスは、自身の遺伝子に加えて他の生物の遺伝子も運びます。ある細胞の遺伝子を含むウイルスが別の細胞に感染すると、後者の遺伝子構成が変化します。この遺伝子構成の絶え間ない変化は、複雑で予測不可能な環境変化にもかかわらず、プランクトンの健全な個体群を維持するのに役立ちます。^{[ 36 ]}

チーターは絶滅危惧種です。遺伝的多様性が低く、その結果精子の質が劣るため、チーターの繁殖と生存は困難になっています。さらに、チーターの約5%しか成体まで生き残りません。^{[ 37 ]}しかし、最近の研究で、メスのチーターは1回の出産で複数のオスと交尾できることが発見されました。メスは誘発排卵を起こし、交尾するたびに新しい卵子が作られます。複数のオスと交尾することで、母親は1回の出産で生まれる子どもの遺伝的多様性を高めます。^{[ 38 ]}

遺伝的多様性を高めることで種の生存可能性を高めようとする試みは、遺伝的救済と呼ばれます。例えば、テキサスから8頭のパンサーが、減少傾向にあり近親交配による弱体化に苦しんでいたフロリダパンサーの個体群に導入されました。これにより遺伝的変異が増加し、フロリダパンサーの個体群の増加が大幅に増加しました。^{[ 39 ]}高い遺伝的多様性を作り出す、あるいは維持することは、個体群の存続を確実にするために、種の救済活動において重要な考慮事項です。