[論文レビュー] An Evolutionary Theory for the Variability Hypothesis

Theodore P. Hill|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2017

Evolutionary Game Theory and Cooperation参考文献 75被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、性的二形性を示す種において、一方の性が他方よりも高い可変性を示す理由を説明する数学的進化理論—「選択性・可変性の原則」—を提唱する。選択的である性が存在する場合、相手性のより可変性の高いサブポピュレーションが時間経過とともに優位に残り、逆に、選択的でない性が存在する場合、相手性の可変性が低いサブポピュレーションが優位になる。この理論は、事前の平均値の差や本質的な選択的役割の違いを仮定しない。

ABSTRACT

An elementary biostatistical theory based on a selectivity-variability principle is proposed to address a question raised by Charles Darwin, namely, how one sex of a sexually dimorphic species might tend to evolve with greater variability than the other sex. Briefly, the theory says that if one sex is relatively selective then from one generation to the next, more variable subpopulations of the opposite sex will generally tend to prevail over those with lesser variability. Moreover, the perhaps less intuitive converse also holds: if a sex is relatively non-selective, then less variable subpopulations of the opposite sex will prevail over those with greater variability. This theory requires certain regularity conditions on the distributions, but makes no assumptions about differences in means between the sexes, nor does it presume that one sex is selective and the other non-selective. Two mathematical models of the selectivity-variability principle are presented: a discrete-time one-step probabilistic model of short-term behavior with an example using normally distributed perceived fitness values; and a continuous-time deterministic model for the long-term asymptotic behavior of the expected sizes of the subpopulations with an example using exponentially distributed fitness levels.

研究の動機と目的

• チャールズ・ダーウィンが未解決のまま残した、なぜ一方の性（特に男性）が他方よりも高い可変性を示すのかという問いに答えること。
• 平均値や選択的役割における本質的差を仮定せず、生物学的に妥当で数学的に根拠のある原則を構築すること。
• 一方の性の mating 選択性が、相手性の可変性における進化的傾向をどのように駆動するかのメカニズムを提供すること。
• 可変性の高い性が、内因的特性からではなく、選択的 mating ダイナミクスから生じることを示すこと。
• 既存の生物学的原則と整合性を持つ枠組みを提供し、多くの種において男性の可変性が顕著に高いという広範な観察を説明すること。

提案手法

• 『選択性・可変性の原則』を核となる理論的メカニズムとして導入：選択的 mating は、相手性のより可変性の高いサブポピュレーションを好む。
• 短期的な進化的ダイナミクスをシミュレートするため、正規分布に従う適応度値を用いた離散時間確率モデルを構築。
• 長期的漸近的挙動を分析するため、指数分布に従う適応度レベルを用いた連続時間決定的モデルを構築。
• 原則の数学的妥当性と一般化可能性を保証するため、分布に正則性条件を適用。
• 可変性と選択的性に基づく進化的成功をモデル化するため、サブポピュレーションサイズの比較的ダイナミクスを用いる。
• 対称的および非対称的な性の選択的性を含むさまざまな仮定下で原則を分析し、その頑健性を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 平均的特性に事前の差がない条件下で、一方の性に可変性の高い進化がどのように生じるかを説明できるか。
• RQ2 mating 選択的性が、相手性の長期的進化的トレースにおける可変性に果たす役割は何か。
• RQ3 どのような条件下で、一方の性の高い可変性が選択的 mating preference の結果として進化的に有利になるか。
• RQ4 選択性・可変性の原則は、多様な動物種において観察される男性の高い可変性のパターンを説明できるか。
• RQ5 女性が脳構造や感情的特徴においてより高い可変性を示す事例（例：脳構造や感情的特性）と、この原則はどのように調和するか。

主な発見

• 一方の性が選択的（相手性の上位層のみを受け入れる）である場合、相手性のより可変性の高いサブポピュレーションが時間経過とともに優位に残る。
• 逆に、一方の性が非選択的（下位部分を除きすべてを受け入れる）である場合、相手性の可変性が低いサブポピュレーションが好まれる。
• この理論は、一方の性が本質的により選択的であるとか、可変性の差が平均値の差から生じると仮定しない。
• この原則は、多くの哺乳類において男性がより選択的である種において、男性の高い可変性を説明できる。
• 両性が選択的であっても、mating ダイナミクスに応じて両性が可変性の高い方向に進化することがモデルで予測される。
• 脳構造や行動に関する研究の実証的支援から、男性の高い可変性は普遍的ではなく、この理論は選択的 mating メカニズムを通じてその変異を説明できる。