Hvilke befolkningsstrukturer maksimerer evolutionær fitness?

Forskere ved Max Planck Instituttet i Plön har vist, at befolkningsstrukturer, der forstærker effekten af ​​selektion, ikke nødvendigvis også fører til højere kondition. I stedet er det afgørende for at maksimere fitness, at skadelige mutationer forhindres i at blive etableret.

Evolutionær grafteori - en gren af ​​teoretisk biologi - undersøger, hvordan befolkningsstrukturen kan påvirke sandsynligheden for, at en mutant vil overtage ("fixe") en befolkning, og hvor lang tid det typisk tager. Tidligere blev tilfældet med et enkelt, muteret individ altid overvejet. I kontinuerligt udviklende systemer opstår der dog hele tiden nye mutationer.

Typisk forekommer disse dog ikke nogen steder, men derimod i stigende grad hvor individer formerer sig. På lang sigt antager sådanne modeller så en tilstand af ligevægt, hvor konditionen ikke længere ændrer sig i gennemsnit.

Intuitivt er det hidtil blevet antaget, at selektionsforstærkere øger befolkningens gennemsnitlige kondition i denne ligevægt, og selektionsundertrykkere reducerer befolkningens gennemsnitlige kondition i denne ligevægt. Nikhil Sharma og Arne Traulsen fra Institut for Evolutionsteori ved Max Planck Instituttet for Evolutionær Biologi i Plön, Tyskland, kunne dog vise, at en anden gruppe grafer, de såkaldte fikseringsundertrykkere, kan opnå den højeste middelkondition. af befolkningen.

Hovedårsagen til dette er deres evne til effektivt at forhindre skadelige mutanter i at fiksere. "Dette fremhæver vigtigheden af ​​skadelige mutanter for langsigtet evolutionær dynamik, som er blevet overset i litteraturen," siger Nikhil Sharma.

Påvirkningen af ​​rumlig struktur

Rumlig struktur kan i væsentlig grad påvirke evolutionær dynamik. Men traditionelt har man her set på regulære befolkningsstrukturer, som ikke har indflydelse på fikseringssandsynligheder. I de senere år har ikke-regulære strukturer imidlertid vist sig at have meget komplekse påvirkninger på fikseringssandsynligheder og -tider.

Normalt studeres denne dynamik ved at se på fikseringsprocessen af ​​en enkelt mutation på et tilfældigt valgt locus, hvilket giver os mulighed for at klassificere strukturer, der forstærker effekten af ​​selektion. Den nye model viser, at fikseringsprocessen af ​​enkelte mutationer til langsigtet evolutionær dynamik er karakteriseret ved en balance mellem mutation, selektion og tilfældige processer.

Formålet med sådanne abstrakte modeller er at forstå befolkningens strukturs rolle på evolutionære processer. Teoretisk set kunne bioteknologi udnytte sådanne strukturer til at gøre systemer robuste over for mutationer eller til at udvælge fordelagtige mutationer.

Forskningen blev offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences . + Udforsk yderligere

Udvikling og økologisk konkurrence af flercellede livscyklusser