홍라이프 계산기유효 집단 크기(Ne) 계산 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
개체 수를 세면 몇 마리가 있는지 알 수 있지만, 유전적 변화는 실제로 다음 세대에 유전자를 남기는 개체가 몇이고 얼마나 고르게 남기는지에 달려 있습니다. 유효 집단 크기 Ne는 실제 집단과 같은 속도로 유전 변이를 잃는 이상적인 집단의 크기입니다. 이 계산기는 번식하는 수컷과 암컷 수가 다를 때의 Ne와 세대당 이형접합도 감소율을 구하며, 보전 계획, 인공 번식, 가축 관리에 쓰입니다.
계산 방법
- Ne = 4·Nm·Nf / (Nm + Nf), Nm과 Nf는 번식에 참여하는 수컷과 암컷 수
- 세대당 이형접합도 감소 = 1 / (2Ne), 백분율로 표시
원리
모든 자손은 아버지 하나, 어머니 하나를 가지므로 다음 세대 유전자의 절반은 수컷에게서, 절반은 암컷에게서 옵니다. 한쪽 성이 적으면 그 소수가 유전자의 큰 몫을 차지해 집단이 유전적으로 더 작은 집단처럼 행동합니다. 라이트의 공식은 두 성의 조화평균의 두 배이며, 암수가 같을 때만 Nm + Nf와 같아집니다. 이상적인 집단에서는 유전적 부동으로 세대마다 이형접합도의 1/(2Ne)를 잃으므로 t세대 뒤에는 H_t = H₀(1 − 1/(2Ne))ᵗ입니다.
예제 풀이
- 입력: 수컷 10, 암컷 40(번식 개체 50)
- Ne = 4 × 10 × 40 ÷ 50 = 1600 ÷ 50 = 32
- 이형접합도 감소: 1 ÷ 64 = 0.015625, 세대당 약 1.56%
- 10세대 뒤: (1 − 1/64)¹⁰ = 0.854이므로 처음 이형접합도의 약 15%를 잃습니다.
| 번식 수컷 수 | Ne (성비 반영) |
|---|---|
| 2.5 | 9.411764706 |
| 5 | 17.77777778 |
| 7.5 | 25.26315789 |
| 10 | 32 |
| 12.5 | 38.0952381 |
| 15 | 43.63636364 |
| 20 | 53.33333333 |
결과 해석
Ne는 번식 개체 수보다 커질 수 없고 성비가 치우칠수록 빠르게 줄어듭니다. 수컷 25, 암컷 25이면 Ne = 50이지만 같은 50마리라도 10 : 40이면 32입니다. 번식 성공의 차이와 개체 수 변동까지 고려하면 야생 집단의 Ne/N은 1보다 훨씬 낮은 경우가 많습니다. 보전유전학에서는 단기 근친교배를 막으려면 Ne 50 이상, 장기 적응력을 지키려면 500 안팎 이상이 필요하다는 경험칙이 자주 인용되지만 대략적인 지침일 뿐입니다.
흔한 실수
- 실제 번식 개체가 아닌 전체 성체 수를 넣는 경우
- 자손 수의 편차와 세대 간 개체 수 변동을 무시하는 경우(둘 다 Ne를 더 낮춥니다)
자주 묻는 질문
한쪽 성이 왜 그렇게 중요한가요?
각 세대 유전자의 절반이 반드시 각 성을 거쳐야 하므로, 소수의 수컷이 다수의 암컷과 같은 유전적 비중을 가집니다.
개체 수가 급감하면 Ne는 어떻게 되나요?
장기 Ne는 세대별 크기의 조화평균에 가까워 가장 작은 값의 영향을 크게 받으므로, 한 번의 병목도 오래 영향을 남깁니다.
DNA로 Ne를 추정할 수 있나요?
네. 연관 불평형이나 표본 간 대립유전자 빈도 변화를 이용하는 방법으로 직접 추정합니다.
출처: S. Wright, "Evolution in Mendelian Populations", Genetics, 1931 · R. Frankham 외, Introduction to Conservation Genetics, Cambridge University Press