Proč mít 2,1 dětí nestačí k zabránění vyhynutí

Nový výzkum zjistí, že míra plodnosti potřebná k udržení populace je mnohem vyšší než kdysi myšlenka, zejména když se poměry pohlaví nebo úmrtnost posunují. To vyvolává důležité otázky pro lidské společnosti a ohrožené druhy.

Studie: Prahová plodnost pro vyhýbání se vyhynutí za kritických podmínek. Obrázek kredit: Sogane / Shutterstock

V nedávném článku zveřejněném v časopise PLOS ONEVědci zkoumali minimální míru plodnosti potřebné k zabránění vyhynutí sexuálně reprodukující populace, což představuje koncept demografické stochasticity, která je definována jako náhodné výkyvy v přežití a reprodukci.

Jejich zjištění ukazují, že plodnost prahu vyhynutí je výrazně vyšší než běžně přijímaná úroveň náhrady, obvykle odhadovaná jako 2,1. Za podmínek modelu za předpokladu žádné úmrtnosti a vyváženého poměru pohlaví mohou ženy mít v průměru 2,7 dětí, aby se zabránilo vyhynutí. Tato prahová hodnota je však snížena, pokud populace vykazuje poměr pohlaví zkreslený vůči ženským dětem, což může pomoci vysvětlit pozorované zvýšení porodů žen za stresových podmínek.

Pozadí

S mnoha rozvinutými zeměmi, které zažívají krize plodnosti, celková míra plodnosti (TFR) klesá hluboko pod konvenční úroveň náhrady (RLF) 2,1 dětí na ženu.

V současné době žije asi dvě třetiny celosvětové populace v regionech s plodností sub-náhradníka, přičemž země jako Japonsko a Jižní Korea vykazují extrémní pokles. Například v Japonsku se populace může zmenšit o 31% na generaci, pokud přetrvává současná míra plodnosti.

RLF je založen na nízké míře úmrtnosti, vyváženého poměru pohlaví při narození a velkých velikostech populace, kde jsou náhodní změny v jednotlivých narozeních a úmrtích (demografická stochasticita) zanedbatelné.

U malých nebo klesajících populací se však taková stochasticita stává kritickou. Události, jako jsou poměry zkoseného pohlaví nebo úmrtnost na dětství, mohou významně ovlivnit udržitelnost populace, což potenciálně zvyšuje skutečný RLF nad 2,1.

Dřívější ekologické a demografické studie naznačují, že náhodné výkyvy mohou zvýšit prahovou hodnotu pro přežití populace. Kromě toho může nesoulad v poměrech pohlaví vést k méně páření párů, což zhoršuje pokles.

U populací s nízkou mírou přežití nebo nevyváženými poměry pohlaví může být RLF mnohem vyšší než 2,1 – někdy nad 3,0 – nezbytný, aby se zabránilo vyhynutí. Tradiční odhady RLF tedy mohou podceňovat skutečnou plodnost potřebnou k udržení stability populace v moderních, nízkofertilitních společnostech.

O studii

Vědci modelovali sexuálně reprodukující populaci s nepřekrývajícími se generacemi se zaměřením na pravděpodobnost vyhynutí, že linie pochází z jedné ženy.

Do modelu byly začleněny čtyři klíčové komponenty. První byla míra plodnosti; Předpokládalo se, že počet dětí na ženu bude následovat Poissonovu distribuci, což představuje náhodnou, ale biologicky věrohodnou změnu v narození. To umožnilo realistické šíření v potomcích čísel, včetně netriviální šance na žádné děti.

Pro modelování poměru pohlaví byl potomstvo potomka přiřazeno prostřednictvím binomického rozdělení, kde každý potomk měl pravděpodobnost r být muži a (1–r) být žena. To odráželo přirozenou změnu pohlaví při narození a umožnilo studii prozkoumat dopad poměrů zkosených pohlaví.

Abychom modelovali úmrtnost, vědci předpokládali, že před dosažením reprodukčního věku mají mužské a ženy, které mají samostatné pravděpodobnosti umírání, což představuje odlišnou úmrtnost.

Do modelu bylo také zahrnuto sledování linie a vyhynutí. Pro simulaci reprodukce napříč generacemi byl použit proces větvení. Pokud některá generace nedokáže produkovat obě pohlaví, je linie považována za vyhynulou. Tento proces byl mnohokrát iterován pomocí simulací a pravděpodobnosti vyhynutí byly také analyticky odvozeny prostřednictvím recidivních vztahů.

Nebyly použity žádné biologické vzorky v reálném životě; Studie byla čistě teoretická a výpočetní a spoléhala se na zavedené rozdělení pravděpodobnosti a stochastické procesy pro modelování dynamiky populace pod demografickou nejistotou.

Nálezy

Studie analyzovala, jak se mění riziko vyhynutí populace s mírou plodnosti, mírou úmrtnosti a poměry pohlaví. Zjistilo se, že poměr pohlaví zkresleného žensky významně snižuje pravděpodobnost vyhynutí.

Míra kritické plodnosti (RLF) – prahová hodnota, pod kterou je vyhynutí jisté – byla větší než obvyklá RLF 2,1. Například se stejným poměrem pohlaví a bez úmrtnosti byla kritická plodnost asi 2,7.

Simulace ukázaly, že populace s subkritickou plodností (pod kritickou hodnotou) téměř vždy vyhynuly během 20 generací, i když několik vzácných populací přežilo a pokračovalo v růstu.

Jak postupovaly generace, podíl vyhynulých populací se blížil 100%, zejména pro nižší míru plodnosti. Riziko vyhynutí bylo u populací zkreslených žen o něco nižší.

Histogramy trvání přežití potvrdily, že většina populací vymřela rychle, obvykle během pěti generací, ačkoli některé vzácné případy trvaly déle, zejména když byla plodnost blízko kritické hodnoty. Tato zjištění zdůrazňují vysoké riziko vyhynutí pro malé populace, i když je průměrná plodnost nad RLF, v důsledku náhodných fluktuací v počtu narození.

Závěry

Tato studie zkoumala, jak demografická náhodnost ovlivňuje přežití malých populací. Zjednodušilo předpoklady, jako jsou nepřekrývající se generace a konstantní míra plodnosti pomocí Poissonovy distribuce.

Navzdory nim zůstává klíčový vhled robustní: populace mohou zahynout, i když splňují standardní RLF 2,1, zejména pokud jsou malé. Výsledky ukazují, že vyhynutí je téměř jisté u subkritických úrovní plodnosti, přičemž přežívají pouze vzácné výjimky. To zdůrazňuje riziko malých nebo ohrožených populací a naznačuje, že mnoho rodinných linií může být v průběhu času statisticky vyhynulé.

Poměr pohlaví zkresleného žen může pomoci zmírnit toto riziko, což naznačuje, že taková zkreslení pozorovaná ve stresu může sloužit adaptivní roli při zvyšování přežití. To bylo pozorováno u lidí i jiných savců