+7(499)-938-42-58 Москва
+7(800)-333-37-98 Горячая линия

Закон «бутылочного горлышка»

Содержание

Эффект бутылочного горла

Закон «бутылочного горлышка»

Эффект бутылочного горлышка (или «эффект горлышка бутылки» англ.

Population bottleneck) — сокращение численности популяции или вида, сопровождается усилением генетического дрейфа, поскольку интенсивность генетического дрейфа находится в обратно пропорциональном отношении к численности популяции. В результате таких событий происходит также рост частоты инбридинга за уменьшения множества потенциальных партнеров для размножения.

Особым случаем генетического эффекта горловины популяции является «эффект основателя», когда небольшая группа в репродуктивном плане отделяется от ядра популяции.

При сильном снижении численности популяции, которое происходит периодически (в связи с ежегодным наступлением сезона, неблагоприятного для поддержания численности популяции) или апериодически (напр., В результате катастроф), создаются условия для случайного варьирования частот аллелей в популяции — дрейфа генов.

Название

Название «эффект горловины популяции» связана с одним из способов отображения численности популяций.

Если схематично изобразить численность популяции в один момент времени в виде горизонтальной полоски или эллипса, а численность в последующие моменты — таким же образом, но на пропорциональную величину над первым изображением, то случаи резкого снижения численности будут выглядеть как сужение рисунка в верхней части — подобно до горловины (шейки) бутылки.

Эффект горловины популяции в реальных популяциях

Прохождение через «горлышко бутылки» характерно для популяций многих видов насекомых, которые резко сокращают численность в осенне-весенний период.

В частности, популяции Drosophila melanogaster резко сокращают численность зимой и ежегодно восстанавливают размер в летний период. Такие сокращения численности приводят к существенным сдвигам в частотах исследуемых генетических маркеров.

В случае восстановления численности видов, находящихся на грани вымирания, так же происходит снижение генетического разнообразия, обусловленное горловины популяции.

Эффект горловины популяции в эволюции человека

Эволюционный биолог Ричард Докинз утверждает, что человеческая митохондриальная ДНК (которая наследуется только от матери) и Y-хромосомная ДНК (получаемая только от отца) указывают на наличие одного предка около 140 тыс. И 60 тыс. Лет назад соответственно.

Иначе говоря, предки всех ныне живущих людей чисто по женской линии происходят от одной женщины (которую называют «митохондриальной Евой», которая жила около 140 тыс. Лет назад. А чисто по мужской линии все люди происходят от одного-единственного человека (т. Н .

«Y-хромосомного Адама», который жил где-то 60 -90 тыс. лет назад

Впрочем, такое восхождение к одному предку генетически ожидаемым событием и само собой еще не свидетельствует о прохождении популяции через эффект горловины популяции, поскольку митохондриальная ДНК и Y-хромосомная ДНК является лишь небольшой и нетипичной частью всего генома. Их нетипичные заключается в том, что они передаются исключительно через мать или отцу соответственно. Вместе с тем большинство генов генома наследуется или от матери или от отца, поэтому их можно отслеживать назад в прошлое с любой из этих линий. Исследования многих (но не большинства) генов также демонстрировали аналогичные восхождение между 2 млн и 60 тыс. Лет назад, тем самым опровергнув гипотезу о более близкую к нам во времени острую генетическую горлышко бутылки (т.е. гипотезу о единой репродуктивную пару).

Эти данные согласуются с теорией катастрофы Тоба, согласно которой в популяционной истории человечества около 70 тыс. Лет назад имел место эффект горловины популяции, через который численность популяции сократилась примерно до 15 тыс. Человек.

Произошло это в результате извержения надвулкану Тоба на Суматре (Индонезия), который нанес большой вред окружающей среде. Эта теория опирается на геологические следы резкого изменения климата, а также на факты восхождение некоторых генов (среди них митохондриальная ДНК, Y-хромосомная ДНК и некоторые гены ядра).

и на относительно низкий показатель генетического разнообразия внутри человеческой популяции

В противовес теории катастрофической экологической изменения в 2000 году в журнале «Molecular Biology and Evolution» появилась статья, в которой ограничена генетическое разнообразие объясняется «затяжным эффектом горловины популяции». Эти взгляды согласуются с предположением о том, что в субсахарской Африке численность людей на протяжении где-то 100 тыс. Лет время от времени снижалась до 2000 особей, а затем начала заново расти в течение позднего палеолита.

Источник: http://info-farm.ru/alphabet_index/eh/ehffekt-butylochnogo-gorla.html

70 тысяч лет назад людей спасло только чудо

Закон «бутылочного горлышка»
gklimovВсе современные люди образовались от одного небольшого племени, сохранившегося на севере в Восточной Европе. Этот факт, который уже трудно оспорить. 

Мы можем рассматривать дрейф генов как один из факторов эволюции популяций. В ходе эволюции популяций дрейф генов взаимодействует с другими факторами эволюции, прежде всего с естественным отбором. 

Эффект бутылочного горлышка.

В периоды резкого спада численности может происходить резкое обеднение генетического разнообразия популяций. Потом, когда численность начинает возрастать, популяция будет из поколения в поколение воспроизводить ту генетическую структуру, которая установилась в момент прохождения через «бутылочное горлышко» численности. 

Около 70 000 лет назад предки современных homo sapiens были практически полностью уничтожены. Популяция людей на тот момент была сокращена до нескольких изолированных и совсем немногочисленных групп. К таким выводам пришли израильские ученые, специалисты Стенфордского университета и исследователи из компании IBM, занимающиеся генным моделированием. 

Эффект бутылочного горлышка сыграл, по-видимому, очень значительную роль в эволюции человека. Предки современных людей в течение десятков тысяч лет расселялись по всему миру. На этом пути, множество популяций полностью вымирало.

Даже те, которые уцелели, часто оказывались на грани вымирания. Однажды случилось так, что осталась на Земле только одна группа людей на севере в Восточной Европе. Все другие популяции погибли.

Именно от этой группы и происходят все современные люди. 

В результате изменения климата популяция вида, положившая начало человеческого общества, сократилась всего до 2 000 особей.

«Небольшим группам людей, уцелевшим в новых условиях, удалось почти невозможное: они смогли воссоединиться из разрозненных поселений и вновь восстановить популяцию.

Эти факторы находят подтверждение в наших ДНК», – говорит Спенсер Уэллс, член американского сообщества National Geographic. 

У всех современных людей, а также наших предков вплоть до поколений, живших на планете 200 000 лет назад, наблюдается схожая митохондриальная ДНК, передающаяся только по материнской линии. Исследуя митохондриальную ДНК можно отследить примерное развитие предков людей.

Новое исследование утверждает, что в промежутке 150 000-90 000 лет назад на юге Африки существовали как минимум две различные ветви предков людей, каждая из которых обладала индивидуальной митохондриальной ДНК.

На востоке Африки в промежутке 135 000-90 000 лет назад специалисты также обнаружили несколько вариантов митохондриальной ДНК. Единого человечества тогда еще не существовало. 

Однако анализ более поздних останков, также обнаруженных в Африке, но датированных раннее 70 000 лет, показывает, что на тот момент осталась лишь одна вариация митохондриальной ДНК, которая, собственно, и близка нынешним людям.

Эта небольшая группа предков людей численностью не более 2000 человек вероятно, и мигрировала на север на территорию современной России. Или имела основное место жительства на севере и совершала путешествия в Африку. Все другие группы пралюдей к тому времени или в более позднее время погибли.

До современности они не дожили. Остались только предки этой группы. 

Археологами даже обнаружена их стоянка в Восточной Европе. Стоянка древнего человека Сунгирь на территории Владимирской области в месте впадения одноимённого ручья в реку Клязьма, рядом с Боголюбовом. Обнаружена в 1955 году и исследована О. Н. Бадером.
В 2005 году археологом Н.

О, Бенером (сыном первого исследователя) были обнаружены артефакты, которые позволяют датировать ее возрастом 70 тысяч лет. В этом случае можно утверждать, что здесь на притоках реки Ока сохранилась группа пралюдей, из которых и возникло современное человечество. Судя по всему, они расселились по берегам Волги, Дона и Днепра в непосредственной близости к ледникам.

Здесь примерно 50 тысяч лет назад они приобрели речь. Собственно здесь у Валдайского и Московского ледников человек стал человеком. 

Геннадий Климов

Заказ книг   Геннадия Климова –  http://www.karavan.tver.ru/books/         

|

gklimovРусь. Древняя империя»Климов Г.А.

Артикул: ISBN 

978-5-904918-02-6

Цивилизации Древнего Египта, Древней Греции, 

Древней Индии возникли около пяти тысячелетий назад, а создание Древней Руси 
традиционно связывается лишь с призванием варягов в 862 году. Не искажена ли родная история?

Геннадий Климов в книге «Русь. Древняя империя» полемизирует 

с устоявшимися взглядами. Повествование об истории Древней Руси он начинает 
с периода 70 тысяч лет назад и рассказывает о появлении человека на Русской 
равнине, образовании первого государства Гипербореи, возникновении первой 
мировой империи и распаде ее на множество царств. «Русь была первородной землей, от которой зависели периферийные миры от Индии до Египта», – говорит Геннадий Климов.

Эпические события изложены в увлекательной 

научно-популярной форме. Автор представляет новую хронологию истории, 
обнаруживает скрытые смыслы мифов, делится результатами собственных экспедиций. Читателя ждут удивительные открытия.«Тверское княжество», 2012. – 352 с. – (Новая древняя история)190 руб

Заказ Книги-почтой  можно сделать здесь  – http://www.etver.ru/knizhnyjj-magazin/

Источник: https://gklimov.livejournal.com/276570.html

Пережившие апокалипсис

Закон «бутылочного горлышка»

Горстка людей бредет по бескрайним пустошам, заваленным пеплом. Лучи багрового солнца с трудом пробиваются сквозь мутное небо — даже в этих краях, никогда не знавших холода, вечное лето сменилось тревожной прохладой. Нет, эти строки описывают не наше постапокалиптическое будущее — уже состоявшееся прошлое человечества.

Биологические виды постоянно появляются и исчезают. Несмотря на то что видовое разнообразие биосферы в среднем неуклонно возрастает, статистика неумолима: более 99% когда-либо существовавших видов вымерло. Не остались в стороне и люди.

Из примерно полутора десятков описанных видов рода Homo в живых остался лишь один, наш с вами — Homo sapiens.

При этом уже не одно десятилетие обсуждается гипотеза о том, что и наши предки побывали на самой грани вымирания, едва не разделив судьбу своих менее везучих современников — коренастых неандертальцев, загадочных денисовцев и прочих странных ребят вроде островитян-полуросликов Homo floresiensis.

В нашем митохондриальном геноме довольно ясно вырисовываются следы резкого сокращения численности, произошедшего, по меркам эволюции, буквально на днях — в позднем плейстоцене, не позднее чем 50 тысяч лет назад. Что же случилось с нашим видом в эти тяжкие годы?

Для того чтобы подступиться к этому захватывающему вопросу, нам придется начать издалека. Давайте разберемся в том, как вообще генетики узнают о численности вида тысячелетия спустя.

Молекулярные часы и бутылочные горлышки

Скорость появления новых мутаций у представителя каждого вида примерно постоянна. Из этого мы можем сделать вывод, что генетическое разнообразие популяции зависит от двух факторов — времени ее существования и ее численности.

Иными словами, чем дольше существует популяция и чем она многочисленнее, тем пестрее ее генофонд. Если мы вдруг обнаруживаем, что разнообразие генофонда популяции ниже, чем ей положено по возрасту, то это повод кое-что заподозрить.

Самым простым объяснением этой таинственной нестыковки будет резкое снижение численности популяции в недалеком прошлом.

https://www.youtube.com/watch?v=eRX_bXJ_UOs

При резком и масштабнейшем — в разы — сокращении численности многие генные варианты просто исчезают из популяции вместе со своими невезучими носителями. Ученые, охочие до красивых метафор, назвали это прохождением через бутылочное горлышко. Если популяция заметное время остается малочисленной, то процесс обеднения генофонда неумолимо усугубляется.

Схема: Анатолий Лапушко / Chrdk.

Нейтральные генные вариации, по определению незаметные естественному отбору, в масштабах многочисленной популяции подчиняются закону больших чисел и потому почти не подвержены изменениям. Чем крупнее популяции, тем ниже вероятность изменения их частоты в генофонде.

Но, если популяция мала, на первый план выходит Его Величество Случай. Это делает обеднение генофонда неизбежным, ведь в маленьком племени любое демографическое событие приводит серьезным изменениям частоты генного варианта.

Молодой кареглазый охотник попался под ноги истеричному гиппопотаму, а его безутешная вдова родила голубоглазую тройню? Цепочка роковых случайностей может навсегда вывести невезучий аллель темных глаз из игры.

Подобное неизбежное и абсолютно непредсказуемое обеднение генофондов малых популяций ученые именуют дрейфом генов.

Следы обоих этих процессов и были найдены при исследовании митохондриального генома человека в начале 90-х.

Используя данные о скорости мутации митохондриальной ДНК и разнице в ее последовательностях, ученые провели математическое моделирование.

Его результаты сходились в том, что примерно 50—70 тысяч лет назад человечество было вымирающим видом, имеющим численность примерно в 10 000 человек.

Конечно, современный читатель, знающий историю медицины и видевший с десяток фильмов про зомби-апокалипсис, тут же скажет, что большую часть человечества запросто могла выкосить пандемия какой-нибудь особенно ядреной заразы. Но нет.

Судя по-всему, эпидемические заболевания — сравнительно недавняя проблема нашего вида.

Они стали постоянными спутниками человечества лишь после перехода к земледелию, безобразно увеличившему плотность населения и сделавшему возможным быстрое распространение инфекций.

Неистовый Тоба

Остается еще одно объяснение — природное бедствие глобального масштаба. Именно такая катастрофа произошла примерно 74 000 лет назад, прямо накануне нашего «бутылочного горлышка». Это — извержение индонезийского супервулкана Тоба.

Чудовищный взрыв Тобы создал огромную кальдеру, ставшую сегодня крупнейшим озером острова Суматра, и поднял из нее в воздух около 1000 кубических километров породы. Эти невообразимые горы пепла рассыпались по территории в 40 миллионов квадратных километров (более 1% поверхности планеты), покрыв почти всю Южную и Юго-Восточную Азию.

По шкале силы вулканических извержений неистовый Тоба получает восемь баллов из восьми возможных, что ставит его в ряд самых мощных извержений в истории Земли.

Наши дни. Озеро, возникшее на месте Тобы. Henrik Hansson Globaljuggler / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0

Само собой, геологическое событие такого масштаба не могло не повлиять на климат планеты. Первые расчеты, проведенные в начале 90-х, во многом опирались на нашумевшие в предыдущем десятилетии модели ядерной зимы. Они показали, что во время извержения в воздух было выброшено от 1 до 10 миллиардов тонн пепла и сернистых газов.

Причем энергии взрыва должно было хватить на то, чтобы забросить все это аж в стратосферу. За пределами промывающегося дождями облачного слоя такие количества твердых аэрозолей должны заметно снижать прозрачность атмосферы в течение как минимум нескольких лет.

При этом, по расчетам, средние температуры в Северном полушарии снизились на 3−5 °С, а летние температуры в высоких широтах вообще могли упасть более чем на 10 °С!

И весь этот хтонический ужас практически совпадает по датировке с началом нашего «бутылочного горлышка». Понятно, что исследователи не могли пройти мимо столь очевидного совпадения.

Вскоре родилась гипотеза о том, что именно яростное извержение Тобы и последовавшая за ним глобальная вулканическая зима едва не загнали людской род в могилу. В принципе логикой и доказательствами эта идея не обделена. Многолетняя вулканическая зима осложняет существование всех животных и была обязана сказаться на их численности.

И действительно, в геномах восточно-африканских шимпанзе, южно-азиатских тигров (крупные хищники, как всегда, отдуваются за всех) и орангутанов заметны следы аналогичных «бутылочных горлышек».

Да и проведенное почти двадцать лет спустя исследование Alu-повторов человеческого генома также подтверждает данные анализа митохондриального генома человека: в диапазоне от 40 000 до 90 000 лет назад наша численность быстро и резко упала, после чего начала стремительно восстанавливаться.

Схема: Анатолий Лапушко / Chrdk.

Вместе с тем гипотеза о чуть менее чем полном армагеддоне, спровоцированном извержением Тобы, вызывает множество споров. Нужно учитывать, что к моменту взрыва вулкана Земля уже почти что 40 тысяч лет, как катилась в эпоху оледенения.

Это само по себе могло вызвать значительные проблемы как у древнего человечества, так и его соседей. В то же время довольно интригующие результаты показывает датировка температурных минимумов по морским изотопным стадиям.

Главным действующим игроком этого метода является тяжелый изотоп кислорода

18

O, концентрация которого в донных отложениях, по сравнению с обычным кислородом, в холодные периоды возрастает, а в теплые падает. Так вот, слой пепла Тобы в морских породах как раз

совпадает

по времени с ростом содержания кислорода-18. То есть климат, начавший серьезно холодать еще до извержения, после него достиг одного из своих температурных минимумов.

Хроники вулканической зимы

И вроде бы вырисовывается четкая картина: анатомически современные люди (или, выражаясь чуть более жаргонно, сапиенсы), появившись в Юго-Восточной Африке примерно 200—300 тысяч лет назад, предприняли первую попытку экспансии на Ближний Восток и территорию Южной Аравии около 125 тысяч лет назад.

Также есть данные, позволяющие предполагать, что отдельным, особо расторопным популяциям удалось добраться до Индии и даже Южного Китая. Затем первая волна сапиенсов-колонистов начинает трагически вымирать.

Сначала исчезают стоянки в Аравии — видимо, из-за за засух, а потом взрывается Тоба — климат совсем уже идет вразнос и все это окончательно «зачищает» всех выбравшихся из Африки сапиенсов.

Больше повезло тем, кто укрылся в Африке. Вулканическая зима и изменения климата сократили численность сапиенсов в 10 раз, плотно сжав бутылочное горлышко вокруг их оскудевшего генофонда. Но, несмотря на все передряги, люди выжили.

А затем вновь начали подниматься с колен. Вволю размножившись, они снарядили новую колониальную экспедицию.

В ходе экспансии наши предки заселили все хоть сколько-нибудь пригодные территории Земли и сжили со свету своих менее напористых собратьев по роду Homo.

Конечно, остается несколько вопросов. Почему-то вулканическая зима, едва не закончившаяся гибелью для Homo sapiens, не привела к аналогичным последствиям для смежных ветвей древнего человечества.

После взрыва Тобы неандертальцы временно замещают исчезнувших в Восточном Средиземноморье сапиенсов и чуть ли не достигают своего последнего кратковременного расцвета.

Отчасти это, конечно, можно объяснить гораздо большей приспособленностью коренастых и угрюмых неандертальцев к холодному климату.

Также некоторые данные говорят, что часть сапиенсов, успевших добраться до Индостана, тоже смогла пережить катастрофу, и это несмотря на то, что слой пепла в некоторых районах полуострова достигал нескольких метров! Если это действительно так, то почему эти отчаянные парни не оставили своего следа в наших геномах? Это еще предстоит выяснить.

Еще один вопрос — о том, насколько была темна и какими ужасами полнилась вулканическая Долгая Ночь, наступившая вслед за взрывом Тобы. Он продолжает оставаться предметом для дискуссии до сих пор. Особенно выделяется исследование донных отложений озера Малави.

При их анализе ученым удалось обнаружить заметный слой пепла Тобы, но при этом толщина слоя ила, включающего частицы пепла, ничем не отличается от выше- и нижележащих слоев. Это говорит о том, что продуктивность озера во время выпада пепла сильно не изменилась и ожидаемой нами тотальной вулканической зимы в Восточной Африке могло и не быть.

Этим данным, однако, противоречат результаты сравнительно недавнего моделирования: они прогнозируют падение температуры в среднем на 10 °С в течение нескольких лет.

Новое доказательство масштабности взрыва Тобы было опубликовано в мартовском номере журнала Nature. Исследователи идентифицировали частички пепла Тобы в районе двух археологических раскопок на побережье Южной Африки.

Прах взорвавшегося вулкана смог преодолеть без малого 9 тысяч километров — почти четверть окружности земного шара! И, наконец, самое интересное: датировка раскопов, вблизи которых обнаружен пепел, захватывает время извержения вулкана на Суматре, так что, судя по всему, устойчивое поселение наших предков существовало в этом месте до, во время и после катастрофы. Теперь мы знаем, где жили наши везучие предки — свидетели одной из самых страшных эпох в истории своего вида!
Людям того времени уже были известны каменные технологии. Находки в пещере Бломбос, ЮАР. Слева — остроконечники, которым 71 000 лет, а справа — бусины ожерелья, им 75 000 лет. Фотографии: Vincent Mourre / Inrap / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0 и Chenshilwood / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0

Что ж, несмотря на споры о масштабах, можно быть уверенным вот в чем: какую-то, и скорее всего довольно заметную, роль в плейстоценовом «бутылочном горлышке» человечества Тоба определенно сыграл.

Пустил ли он земной климат под откос похолодания в одиночку или просто усугубил и без того с трудом надвигавшееся ледниковье (последний ледниковый максимум случился около 25 тысяч лет назад) — вопрос, на который еще предстоит ответить.

Однако бесспорным остается то, что как минимум один раз по вине совпадения обстоятельств наш биологический вид подошел совсем близко к пропасти небытия.

Вообще, вся эта история заставляет задуматься о том, насколько судьба человечества как биологического вида зависит от произвольного набора случайностей.

Изменись в те кризисные годы климат чуть сильнее или вспыхни какая-нибудь кровавая межплеменная разборка — и сегодняшнее человечество вполне могло бы стать неандертальским или денисовским, а Homo sapiens пополнил бы собой список вымерших видов.

Человек так и не вышел из-под власти фатальных случайностей: мы не можем ни сейчас, ни в обозримой перспективе контролировать свою среду обитания.

Удар залетного астероида, взрыв супервулкана, опрометчивое движение властной руки в сторону той самой красной кнопки легко могут разрушить привычный нам климат вместе с изрядной частью биосферы, всем нашим сельским хозяйством и амбициозными планами на будущее.

Такие события очень редки и практически невероятны в каждый отдельный момент времени, но если мы взглянем на геологическую историю в масштабах сотен тысяч лет, то, как и в случае с другими «черными лебедями», обязательно увидим, что катастрофа была неизбежна. А нам — повезло.

Так что, если мы собираемся жить по-настоящему долго, не стоит забывать про то, как в геологическом «вчера» мерзли наши немногочисленные предки.

Источник: https://chrdk.ru/sci/surviving-apocalypse

Эффект бутылочного горлышка – описание, история и применение

Закон «бутылочного горлышка»

Эволюционный процесс абсолютно любого живого вида на нашей планете проходил как стадии расцвета и повышения численности его популяций, так и сокращение числа экземпляров до нескольких тысяч, сотен и менее. В последнем случае принято говорить об эффекте бутылочного горлышка. Рассмотрим подробнее, что это означает.

В чем суть эффекта бутылочного горлышка?

Представим себе, что существует некоторый вид живого существа, который представлен сотней тысячей или даже несколькими миллионами экземпляров. В такой огромной популяции можно найти самые разные признаки среди индивидуумов этого вида.

Например, будут особи с белой, черной, коричневой, пятнистой окраской; большие, маленькие и средних размеров индивидуумы; одни будут быстрыми, другие – медленными, у одних будут длинные конечности, другие же будут отличаться большим размером глаз. Этот список качеств и признаков можно долго продолжать.

Вывод напрашивается один: в популяции с большим числом особей велико разнообразие генетической информации, то есть генофонд является богатым.

Теперь представим, что произошел некоторый катаклизм, который привел к резкому вымиранию этого вида. В результате из миллиона особей осталось лишь несколько десятков или сотен. Естественно, что генетическое разнообразие будет утрачено.

Выжившие особи являются носителем лишь нескольких различных аллелей, из которых и будут формироваться последующие поколения. Такое сокращение генофонда – эффект бутылочного горлышка.

Ситуация буквально похожа на то, что будто из большого разнообразия цветных шариков, присутствующих в бутылке, высыпали через узкое горлышко лишь некоторые из них.

Эффект основателя

То число особей, которое выжило, пройдя через этап “бутылочного горлышка”, дает начало новым поколениям. По отношению к ним это редуцированное число индивидуумов является основателем, или родительской популяцией.

Если число особей вида сократилось до 10 и менее, тогда говорят об экстремальном эффекте основателя. В этом случае в генофонде последующих поколений практически не будет никакого разнообразия аллелей, и одинаковые морфологические признаки будут встречаться достаточно часто.

Таким образом, эффекты основателя и бутылочного горлышка связаны друг с другом в одну эволюционную цепочку: первый следует за вторым.

К чему приводят эти эффекты?

Иными словами, сокращение генофонда – это хорошо или плохо? Ответить на этот вопрос не так просто, как кажется на первый взгляд. Приведем положительные и отрицательные стороны, которые следуют из определения эффекта бутылочного горлышка, то есть из сокращения генетического разнообразия у данного вида:

  • Плюсы. У последующих популяций закрепляются конкретные признаки и мутации, которые могут оказаться полезными для особей в данной окружающей среде.
  • Минусы. Низкий уровень генетического разнообразия ведет к снижению способности вида приспосабливаться к изменениям окружающей среды, то есть делает его уязвимым. Кроме того, у особей часто начинают встречаться дефекты, которые передаются по наследству.

Пример с гепардом

Ярким примером эффекта бутылочного горлышка, который вызван эволюционным отбором, является современный гепард.

До того как произошло глобальное обледенение нашей планеты (Четвертичный период), на территории Африки, Евразии и Северной Америки существовало несколько видов гепардов, которые сильно отличались от современного как размерами, так и скоростными способностями. По некоторым оценкам, общая численность гепардов на планете могла достигать сотен тысяч особей.

https://www.youtube.com/watch?v=-Gpqr8uxABI

Во время Четвертичного периода, когда пища стала менее доступной, произошла массовая смертность многих видов живых существ, в том числе и гепардов. Полагают, что численность последних могла составить всего несколько сотен особей. Причем выживали только самые быстрые и имеющие небольшие размеры экземпляры, то есть произошел эффект бутылочного горлышка для гепардов.

В настоящее время гепард – это млекопитающее с чрезвычайно низким генетическим разнообразием. Эти звери слабо устойчивы к разного рода болезням, а всякие попытки имплантации им органов заканчиваются провалом. Организм гепарда практически не способен адаптироваться к изменениям в окружающей среде.

Искусственное сокращение численности популяции

Исходя из названия, этот эффект бутылочного горлышка вызван уже вмешательством человека в природу. Примеров можно привести несколько:

  • Северные морские слоны. В результате активной охоты и истребления этих животных в конце XIX века из 150 тысяч осталось лишь 20 особей.
  • Европейские и американские бизоны. Европейских бизонов в начале XX века насчитывалось всего 12 особей (из 3600), а американских – 750 (из 370 тысяч).
  • Гигантские черепахи Галапагосских островов.

Отметим, что применение этот эффект находит и в селекции новых подвидов растений и животных, с целью закрепления выгодных человеку признаков.

Может ли восстановиться генетическое разнообразие?

Ответ на этот вопрос является положительным. Да, может, но для этого необходимо создать соответствующие условия. Даже когда родительская группа особей была незначительной, и в прошлом наблюдался сильный эффект бутылочного горлышка, генетическое разнообразие может быть восстановлено в ходе длительного последующего эволюционного процесса.

Для этого окружающая среда должна предоставлять различные ниши для обитания данного вида, то есть среда сама должна быть разнообразной. Тогда, приспосабливаясь к новым условиям и накапливая постепенно новые мутации, вид может восстановить свой генофонд.

Что можно сказать об эволюции человека?

Различные катаклизмы известной нам истории постоянно уносили десятки и сотни тысяч человеческих жизней, что создавало эффект бутылочного горлышка для Homo Sapiens и других видов человека. Приведем некоторые примеры:

  • 75 тыс. лет назад в Индонезии взорвался супервулкан Тоба. Его сила взрыва оценивается как таковая у 3000 вулканов Святой Елены! По некоторым предположениям, это извержение могло сократить численность разных видов людей до нескольких тысяч особей на всей Земле.
  • В Средние века около 1/3 населения Европы умерло в результате черной чумы.
  • Во время колонизации европейцами Нового Света в конце XV – первой половины XVI веках было уничтожено около 90% коренного населения.
  • В 1783 году в Исландии произошел взрыв вулкана Лаки. Впоследствии к нему добавились голод и болезни, в результате чего погибло около 20% населения острова.

Что касается современной ситуации с человеком, то его генетическое разнообразие является достаточно большим, поскольку население планеты составляет около 7,5 млрд и распределено оно по всей территории Земли (разные условия среды обитания).

Источник: http://fb.ru/article/433870/effekt-butyilochnogo-gorlyishka---opisanie-istoriya-i-primenenie

Бутылочное горлышко (bottleneck) – как не дойти до дна в бизнесе?

Закон «бутылочного горлышка»

Теория ограничений систем была сформулирована в 80-е годы ХХ в. и касалась управления производственными предприятиями.

Кратко ее суть сводится к тому, что в каждой производственной системе действуют ограничения, сдерживающие эффективность.

Если устранить ключевое ограничение, система заработает значительно эффективнее, чем если пытаться воздействовать на всю систему сразу. Поэтому процесс совершенствования производства нужно начинать с устранения узких мест.

Пять фокусирующих шагов Теории ограничений систем И.Голдратта

Сейчас термин bottleneck может использоваться в любой отрасли — в сфере услуг, разработке программного обеспечения, логистике, повседневной жизни.

Что такое bottleneck

Определение bottleneck звучит как место в производственной системе, в котором возникает перегрузка, потому что поток материалов поступает слишком быстро, но не может быть так же быстро переработан. Часто это станция с меньшей мощностью, чем предыдущий узел. Термин произошел из аналогии с узким горлышком бутылки, которое замедляет путь жидкости наружу.

Bottleneck — узкое место в производственном процессе

На производстве эффект бутылочного горлышка вызывает простои и производственные издержки, снижает общую эффективность и увеличивает сроки отгрузки продукции заказчикам.

Существует два типа узких мест:

  1. Краткосрочные узкие места — вызваны временными проблемами. Хороший пример — больничный или отпуск ключевых сотрудников. Никто в команде не может полноценно заменить их, и работа останавливается.

    На производстве это может быть поломка одного из группы станков, когда его нагрузка распределяется между рабочим оборудованием.

  2. Долгосрочные узкие места — действуют постоянно.

    Например, постоянная задержка месячных отчетов в компании из-за того, что один человек должен обработать огромное количество информации, которая поступит к нему лавиной в самом конце месяца.

Существует несколько способов поиска bottleneck на производстве разного уровня сложности, с применением специальных инструментов и без. Начнем с более простых способов, основанных на наблюдении.

Очереди и заторы

Процесс на производственной линии, который собирает перед собой самую большую очередь из единиц незавершенного производства, обычно является бутылочным горлышком. Такой способ поиска bottleneck подходит для штучного конвейерного производства, например, на линии разлива.

Хорошо видно, в каком месте линии скапливаются бутылки, и какой механизм имеет недостаточную мощность, часто ломается или обслуживается неопытным оператором.

Если на линии несколько мест скопления, то ситуация сложнее, и нужно использовать дополнительные методы, чтобы найти самое критичное узкое место.

Пропускная способность

Пропускная способность всей производственной линии прямо зависит от выхода оборудования bottleneck. Это характеристика поможет найти главное бутылочное горлышко процесса производства.

Увеличение выпуска единицы оборудования, которая не является узким местом, существенно не повлияет на общий выпуск линии.

Проверив поочередно все оборудование, можно выявить bottleneck — то есть тот шаг, увеличение мощности которого больше всего повлияет на выход всего процесса.

Полная мощность

Большинство производственных линий отслеживают процент загрузки каждой единицы оборудования.

Станки и станции имеют фиксированную мощность и в процессе производства используются на определенный процент от максимальной мощности. Станция, которая задействует максимум мощности — bottleneck.

Такое оборудование сдерживает процент использования мощности другого оборудования. Если вы увеличите мощность bottleneck, то мощность всей линии вырастет.

Ожидание

Процесс производства также учитывает время простоев и ожидания. Когда на линии есть бутылочное горлышко, то оборудование, идущее сразу ним, долго простаивает. Bottleneck задерживает производство и следующий станок не получает достаточно материала, чтобы работать непрерывно. Когда вы обнаружите станок с длинным временем ожидания, то ищите на предыдущем шаге бутылочное горлышко.

Value Stream Mapping — карта создания потоков ценности

Когда вы составите VSM, то увидите, в каких точках процесса слишком длинное время ожидания и где образуется избыток запасов.

Диаграмма Ямазуми — диаграмма загрузки операторов

Это столбчатая диаграмма, высота которой показывает общее постоянно повторяющееся время работы каждого сотрудника. Диаграмма позволяет оценить равномерность загрузки персонала и повлиять на неё.

Гистограмма мощностей шагов процесса

Простая гистограмма, на которой сравнивается мощность каждого шага производственного процесса, наглядно демонстрирует узкие места. На рисунке ниже красная сплошная линия проходит через шаг с самой низкой мощностью — шаг 3.

Он является узким местом, поскольку не может обработать 100 единиц, которые выдает шаг 1. Но если мы увеличим пропускную способность шага 3 до уровня шага 1 (пунктирная линия), то уже оба этих шага нужно рассматривать как bottleneck, т.к.

их мощность ниже, чем на шагах 2 и 4.

Последствия bottleneck в производстве

Узкие места ограничивают эффективность производства, что выливается в увеличение производственных издержек и недополучение прибыли. Когда сотрудники не могут работать из-за bottleneck, вы оплачиваете им время, в которое они не продуктивны. Если вы не в состоянии вовремя отгрузить заказ из-за bottleneck, неудовлетворенные потребители могут сменить поставщиков.

Последствия bottleneck — это ряд негативных эффектов, связанных друг с другом:

  • недовыпуск — вы выпускаете меньше, чем могли бы, потому что не можете нарастить объемы производства из-за ограничивающего оборудования;
  • простои и длительное ожидание — в это время вы несете производственные издержки, но не создаете ценность, которую можно продать потребителям;
  • замедление выпуска — из-за длительных простоев заказчики получают продукцию гораздо позже;
  • повышение себестоимости продукции — издержки, которые вы несете во время простоя оборудования, ложатся на себестоимость продукции;
  • затоваривание — запасы незавершенного производства, которые образуются перед станциями bottleneck, нужно где-то хранить, а содержание складов — дополнительные расходы;
  • демотивация рабочих — неравномерность нагрузки между операторами одной линий вызывает недовольство и зависть.
  • Блокирование производства: возникает, когда больше нет места для хранения незавершенного производства или резервных запасов, которые скапливаются перед процессом bottleneck. В итоге линия остановится до тех пор, пока запасы не будут удалены с нее или переработаны.

  • Голодание процесса: возникает, когда следующие за узким местом шаги принудительно останавливаются или простаивают до тех пор, пока процесс bottleneck не сможет поставить материалы на следующий шаг. Такая ситуация ограничивает мощность всего процесса.

Выше мы говорили о том, как определить bottleneck в производственном процессе. Bottleneck могут быть результатом накопительного эффекта или полностью зависеть от одного компонента процесса.

Если эффект накопительный, то сразу несколько станций на линии производят немного больше, чем может пропустить через себя оборудование на следующем шаге. В итоге на каждом узле образуется небольшое переполнение, которое выливается в полную перегрузку линии. Поэтому нужно учитывать, что узкое место может быть не одно.

Пять «почему»

Когда вы с рабочими и мастерами выясняете причины узких мест, используйте технику «пять почему». Начните с самого явного узкого места и спросите у себя, почему производство замедляется в этом месте.

Скорее всего ответ будет в том, что слишком много продукции поступает в эту точку или что операторы или оборудование работают не на оптимальном уровне.

Возможно, оборудование сломано, или вам нужно больше сотрудников.

Если же причина узкого места кроется в другом компоненте процесса, то нужно перейти к нему и задать себе тот же вопрос. И так до тех пор, пока не найдете истинный источник bottleneck.

Нет смысла искать узкие места, если вы не собираетесь ничего предпринимать

Управление bottleneck заключается в снижении их влияния на процесс и результат производства или устранении причин появления заторов, как учит канбан и Lean.

Как только вы выясните причину или причины узких мест, нужно определить действия для расширения бутылочного горлышка и наращивания производства. Возможно, вам понадобится переместить сотрудников в проблемную зону или нанять дополнительный персонал и закупить оборудование.

Бутылочное горлышко может возникнуть там, где операторы перенастраивают оборудование для производства другого продукта. В таком случае нужно подумать, как сократить простои. Например, изменить график производства, чтобы уменьшить количество переналадок или уменьшить их влияние.

Как уменьшить влияние узких мест

Bottleneck менеджмент предлагает производственным компаниям использовать три подхода, чтобы уменьшить влияние узких мест.

Первый подход

Увеличение мощности существующих узких мест.

Существует несколько способов увеличить мощность узких мест:

  1. Добавьте ресурсы в ограничивающий процесс. Необязательно нанимать новых сотрудников. Кросс-функциональное обучение персонала может уменьшить влияние узких мест с незначительными затратами. В таком случае рабочие будут обслуживать сразу несколько станций и облегчать прохождение узких мест.

  2. Обеспечьте бесперебойную подачу деталей на узкое место. Всегда следите за незавершенным производством перед узким местом, управляйте подачей ресурсов на станцию bottleneck, учитывайте овертаймы, в течение которых оборудование также всегда должно иметь детали для обработки.
  3. Убедитесь, что узкое место работает только с качественными деталями.

    Не тратьте мощность и время работы узкого места на обработку брака. Размещайте точки контроля качества перед станциями bottleneck. Это повысит пропускную способность процесса.

  4. Проверьте график производства.

    Если в процессе выпускается несколько разных продуктов, которые требуют разного времени работы bottleneck, скорректируйте график производства так, чтобы общий спрос на bottleneck уменьшился

  5. Увеличьте время работы ограничивающего оборудования. Пусть bottleneck работает дольше, чем другое оборудование.

    Назначьте оператора, который будет обслуживать процесс во время обеденных перерывов, плановых простоев и, если нужно, сверхурочно. Хотя этот метод не уменьшит время цикла, он будет поддерживать работу bottleneck пока остальное оборудование будет простаивать.

  6. Сократите простои. Избегайте плановых и внеплановых простоев.

    Если оборудование bottleneck выйдет из строя во время рабочего процесса, немедленно отправьте ремонтную бригаду, чтобы починить и запустить его. Также постарайтесь сократить время переналадки оборудования с одного продукта на другой.

  7. Усовершенствуйте процесс именно в узком месте.

    Используйте VSM, чтобы устранить действия, не добавляющие ценности, и сократить время на добавление ценности, избавившись от потерь. В итоге вы получите более короткое время цикла.

  8. Перераспределите нагрузку на bottleneck. Если возможно, разделите операцию на части и назначьте их на другие ресурсы. В итоге вы получите более короткий цикл и возросшую мощность.

Второй подход

Продажа излишков производства, которые выпускает оборудование, не относящееся к бутылочному горлышку.

Например, у вас на линии 20 инъекционных прессов, а вы используете только 12 из них, потому что оборудование bottleneck не может переработать выпуск всех 20 прессов. В этом случае вы можете найти другие компании, которые заинтересованы в субподряде на операции литья под давлением. Вы будете в прибыли, потому что получите от субподрядчиков больше, чем ваши переменные расходы.

Третий подход

Сокращение неиспользуемой мощности.

Третий вариант оптимизации производства — распродать оборудование с экстра мощностью и сократить или переместить персонал, который его обслуживает. В этом случае мощность всего оборудования будет уравнена.

Транспорт

Классический пример — пробки на дорогах, которые могут постоянно образовываться в определенных местах, или появляться временно во время ДТП или проведения дорожных работ. Другие примеры — шлюз на реке, погрузчик, железнодорожная платформа.

Компьютерные сети

Медленный WiFi-роутер, подключенный к эффективной сети с высокой пропускной способностью, является узким местом.

Коммуникация

Разработчик, который шесть часов в день проводит на совещаниях, и только два часа пишет код.

Программное обеспечение

В приложения тоже есть узкие места — это элементы кода, на которых программа «тормозит», заставляя пользователя ждать.

“Железо” компьютера

Узкие места в компьютере — это ограничения аппаратных средств, при которых мощность всей системы ограничивается одним компонентом. Часто процессор рассматривается как ограничивающий компонент для видеокарты.

Бюрократия

В повседневной жизни мы часто сталкиваемся с узкими местами. Например, когда внезапно заканчиваются бланки для паспортов или водительских прав и вся система останавливается. Или когда нужно пройти медосмотр, а кабинет флюорографии работает всего три часа в день.

Вердикт

Узкие места в производстве, менеджменте и жизни — это точки потенциальных улучшений.

Расширение bottleneck даст ощутимый прирост производительности и эффективности.

А не обращать внимания на ограничивающие элементы системы — значит недополучать прибыль и работать хуже своих возможностей.

Источник: https://worksection.com/blog/bottleneck.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.