Cổ chai di truyền ở loài người

Vụ phun trào Toba được cho là liên quan đến một nút cổ chai di truyền trong quá trình tiến hóa loài người vào khoảng 50 Ka BP [30][31]. Có hai luồng ý kiến trái ngược nhau.

Nhóm thứ nhất cho rằng vụ phun trào tác động đến khí hậu toàn cầu, làm giảm nghiêm trọng tổng dân số loài người.[32]

Theo lý thuyết cổ chai di truyền, trong khoảng từ 50 đến 100 Ka BP dân số loài người giảm mạnh tới mức chỉ còn cỡ 3.000 đến 10.000 cá thể sống sót [33][34]. Điều này được hỗ trợ bởi bằng chứng di truyền cho thấy con người ngày nay có nguồn gốc từ quần thể có dân số rất nhỏ, với chỉ khoảng 1.000 đến 10.000 cặp sinh sản tồn tại vào thời kỳ khoảng 70 Ka BP [35].

Những người ủng hộ lý thuyết cổ chai di truyền (kể cả Alan Robock) cho rằng phun trào Toba dẫn đến một thảm họa sinh thái toàn cầu, bao gồm phá hủy thảm thực vật cùng với hạn hán nghiêm trọng trong vành đai rừng mưa nhiệt đới và trong khu vực gió mùa. Một mùa đông núi lửa 10 năm gây ra bởi sự phun trào có thể đã phá hủy phần lớn các nguồn thức ăn của con người và gây ra suy giảm nghiêm trọng trong quy mô dân số [22]. Sự thay đổi môi trường này có thể đã tạo ra cổ chai dân số ở nhiều loài, bao gồm hominid (vượn dạng người) [36], và điều này có thể đã thúc đẩy sự phân hóa từ bên trong quần thể có dân số nhỏ hơn. Điều này đã phản ánh những thay đổi di truyền của người hiện đại trong 70 Ka vừa qua, chứ không phải là sự khác biệt dần dần qua hàng triệu năm [37].

Nhóm các nghiên cứu khác thì nghi ngờ về mối liên hệ giữa phun trào Toba và một nút cổ chai di truyền. Bằng chứng là công cụ bằng đá cổ ở miền nam Ấn Độ đã được tìm thấy ở trên và dưới một lớp dày tro từ núi lửa Toba là tương tự nhau, tức là những đám mây bụi phun trào không quét sạch được cư dân địa phương này [38][39][40]. Bằng chứng khảo cổ học bổ sung từ phía Nam và phía Bắc Ấn Độ cũng gợi ý rằng thiếu bằng chứng về tác động vụ phun trào vào cư dân địa phương, và các tác giả của nghiên cứu này kết luận "nhiều dạng sinh vật đã sống sót sau vụ siêu phun trào, trái với các nghiên cứu khác đã gợi ý về tuyệt chủng sinh vật và tắc nghẽn di truyền". Dẫu vậy bằng chứng từ các phân tích bào tử phấn hoa đã cho thấy có sự kéo dài tình trạng hủy diệt rừng ở Nam Á, và một số nhà nghiên cứu đã đề xuất rằng phun trào Toba có thể buộc con người phải áp dụng các chiến lược thích ứng sinh tồn mới, điều có thể đã cho phép họ thay thế người Neanderthal và những "loài người cổ xưa khác" [41]. Dẫu vậy ý kiến này đã bị thách thức bởi các bằng chứng về sự hiện diện của những người sống sót sau vụ phun trào, là người Neanderthal ở châu Âu đến 50 Ka BP, và Homo floresiensis ở Đông Nam Á đến 60 Ka BP [42].

Điều cân nhắc khác về lý thuyết phun trào Toba gây ra cổ chai di truyền bao gồm khó khăn trong việc đánh giá ảnh hưởng của vụ phun trào tới khí hậu toàn cầu cũng như khu vực, và thiếu bằng chứng thuyết phục cho sự phun trào báo trước nút cổ chai [43]. Hơn nữa các phân tích di truyền các chuỗi Alu trên toàn bộ gen người đã chỉ ra rằng quy mô dân số hiệu dụng của con người vào hồi 1,2 Ma BP là ít hơn 26.000 cá thể. Giải thích có thể cho quy mô dân số thấp của tổ tiên loài người có thể bao gồm cổ chai dân số lặp đi lặp lại, hoặc do các sự kiện thay thế định kỳ từ các phân loài Homo cạnh tranh [44].

Cổ chai di truyền ở các loài thú

Một số bằng chứng thu được cho thấy cổ chai di truyền xảy ra ở các loài thú sau vụ phun trào Toba. Đó là quần thể tinh tinh Đông Phi (chimpanzee) [45], đười ươi Borneo (orangutan) [46], khỉ Rhesus trung Ấn Độ (Macaca mulatta) [47], báo cheetah, hổ [48], và sự phân dị các gen hạt nhân của khỉ đột ở đồng bằng phía đông với phía tây châu Phi [49]. Những loài thú này đã phục hồi từ những con số cá thể rất thấp vào hồi 70-55 Ka BP.