Moran Bd-uppdateringsmekanismen med kontinuerlig mutation visas för en liten graf. Kredit:Max-Planck-Institute for Evolutionary Biologiy
Forskare vid Max Planck-institutet i Plön har visat att befolkningsstrukturer som förstärker effekten av selektion inte nödvändigtvis också leder till högre kondition. Istället är det avgörande för att maximera konditionen att skadliga mutationer förhindras från att etablera sig.
Evolutionär grafteori – en gren av teoretisk biologi – undersöker hur populationsstrukturen kan påverka sannolikheten att en mutant kommer att ta över ("fixa") en population och hur lång tid detta vanligtvis tar. Tidigare övervägdes alltid fallet med en enda, muterad individ. I system som ständigt utvecklas uppstår dock nya mutationer hela tiden.
Typiskt förekommer dessa dock inte någonstans, utan snarare i ökande grad där individer reproducerar sig. På lång sikt antar sådana modeller sedan ett jämviktstillstånd där konditionen inte längre förändras i genomsnitt.
Intuitivt har det hittills antagits att selektionsförstärkare ökar den genomsnittliga konditionen hos befolkningen i denna jämvikt och selektionsundertryckare minskar den genomsnittliga konditionen hos befolkningen i denna jämvikt. Nikhil Sharma och Arne Traulsen från institutionen för evolutionsteori vid Max Planck Institute for Evolutionary Biology i Plön, Tyskland, kunde dock visa att en annan grupp av grafer, de så kallade fixeringsdämparna, kan uppnå högsta medelkonditionen av populationen.
Den främsta anledningen till detta är deras förmåga att effektivt förhindra att skadliga mutanter fixeras. "Detta belyser vikten av skadliga mutanter för långsiktig evolutionär dynamik, vilket har förbisetts i litteraturen", säger Nikhil Sharma.
Påverkan av rumslig struktur
Rumslig struktur kan avsevärt påverka evolutionär dynamik. Men traditionellt har man tittat på vanliga befolkningsstrukturer, som inte har något inflytande på fixeringssannolikheter. Under de senaste åren har emellertid icke-regelbundna strukturer visat sig ha mycket komplex inverkan på fixeringssannolikheter och tider.
Normalt studeras denna dynamik genom att titta på fixeringsprocessen för en enda mutation vid ett slumpmässigt valt lokus, vilket gör att vi kan klassificera strukturer som förstärker effekten av selektion. Den nya modellen visar att fixeringsprocessen av enstaka mutationer till långsiktig evolutionär dynamik kännetecknas av en balans mellan mutation, selektion och slumpmässiga processer.
Syftet med sådana abstrakta modeller är att förstå vilken roll befolkningsstrukturen spelar på evolutionära processer. Teoretiskt sett skulle bioteknik kunna utnyttja sådana strukturer för att göra system robusta mot mutationer eller för att välja fördelaktiga mutationer.
Forskningen publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences . + Utforska vidare
