Биробиджан
Birobidzhan
Владивосток
Vladivostok
Биробиджан
Birobidzhan
Одна из ключевых задач современной эволюционной биологии – изучение процессов, приводящих к первичному разделению (дивергенции) популяций на различающиеся генотипами группы особей.
Для дивергенции очевидно необходима репродуктивная изоляция, которая делает невозможным контакт особей или существенно затрудняет обмен генетической информацией между популяциями. Настоящее исследование изучает возможность изоляции, в основе которой лежат не очевидные географические барьеры, удаленность популяций или экологическая специализация, а лишь наследственные механизмы, дрейф и поток генов, а также отбор против гетерозигот. Для этого предложена и исследована динамическая модель с дискретным временем, которая описывает динамику частот и численностей в системе миграционно связанных лимитированных популяций. Рассматривается панмиктичная популяция с менделевскими правилами наследования, монолокусным отбором, действием плотностно-зависимых факторов, лимитирующих рост численности. Особи свободно скрещиваются и перемещаются вдоль одномерного кольцевого ареала. Модель верифицирована с использованием данных эксперимента над ящичной системой популяций дрозофил Drosophila melanogaster, проведенного под руководством Ю. П. Алтухова. При достаточно простых предположениях модель описывает некоторые механизмы возникновения и сохранения на однородном ареале существенных генетических различий (первичной генетической дивергенции), сопровождаемых неоднородностью в частотах аллелей и численностях. В этом случае формируется несколько больших групп генетически однородных субпопуляций, развивающихся независимо. В местах их контакта активно идет гибридизация, а полиморфизм сохраняется за счет миграции с сопредельных однородных участков. Обнаружено, что устойчиво поддерживать такое пространственное распределение может только дизруптивный (разрывающий) отбор, направленный против гетерозигот. При движущем отборе дивергенция существует непродолжительное время как часть переходного процесса. За счет пониженной приспособленности гетерозигот (гибридов) и низкой скорости роста на этих участках (зонах гибридизации) существенно затрудняется обмен генами между смежными участками с противоположными гомозиготными генотипами (фенотипами). В результате зоны гибридизации выполняют функцию географического барьера, который фактически останавливает обмен генов между разными группами в случае смежной симпатрии.
One of the main goals of modern evolutionary biology is to understand the mechanisms that lead to the initial differentiation (primary divergence) of populations into groups with genetic traits.
This divergence requires reproductive isolation, which prevents or hinders contact and the exchange of genetic material between populations. This study explores the potential for isolation based not on obvious geographical barriers, population distance, or ecological specialization, but rather on hereditary mechanisms, such as gene drift and flow and selection against heterozygous individuals. To this end, we propose and investigate a dynamic discrete-time model that describes the dynamics of frequencies and numbers in a system of limited populations coupled by migrations. We consider a panmictic population with Mendelian inheritance rules, one-locus selection, and density-dependent factors limiting population growth. Individuals freely mate and randomly move around a one-dimensional ring-shaped habitat. The model was verified using data from an experiment on the box population system of Drosophila melanogaster performed by Yu.P. Altukhov et al. With rather simple assumptions, the model explains some mechanisms for the emergence and preservation of significant genetic differences between subpopulations (primary genetic divergence), accompanied by heterogeneity in allele frequencies and abundances within a homogeneous area. In this scenario, several large groups of genetically homogeneous subpopulations form and independently develop. Hybridization occurs at contact sites, and polymorphism is maintained through migration from genetically homogeneous nearby sites. It was found that only disruptive selection, directed against heterozygous individuals, can sustainably maintain such a spatial distribution. Under directional selection, divergence may occur for a short time as part of the transitional evolutionary process towards the best-adapted genotype. Because of the reduced adaptability of heterozygous (hybrid) individuals and low growth rates in these sites (hybrid zones), gene flow between adjacent sites with opposite genotypes (phenotypes) is significantly impeded. As a result, the hybrid zones can become effective geographical barriers that prevent the genetic flow between coupled subpopulations.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.