[論文レビュー] Population subdivision with migration can facilitate evolution on rugged fitness landscapes

Anne‐Florence Bitbol, David J. Schwab|arXiv (Cornell University)|Aug 1, 2013

Evolution and Genetic Dynamics被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、移動を伴うアリックスな集団をデムに分割することで、粗い適応度の地形において適応が加速することを示している。特に適応度の谷や平坦部を越える場合に顕著であり、有害、中立、または弱く有益な中間形態を伴う場合でも、広いパラメータ範囲において、メタポピュレーションは、最も速いデムと同等の速度でこれらの障壁を越えることができる。

ABSTRACT

We show that subdivision of an asexual population into demes connected by migration significantly accelerates the crossing of fitness valleys and plateaus over a wide parameter range, both with respect to the non-subdivided population and with respect to a single deme. We predict the existence of a parameter range where valley or plateau crossing by the metapopulation is as fast as that of the fastest deme, and we verify this prediction using stochastic simulations. Our results hold not only for deleterious and neutral intermediates, but also for weakly beneficial ones. Finally, we extend our work to the case of a large population connected by migration to one or several smaller islands.

研究の動機と目的

• 集団の分割と移動が粗い適応度の地形における進化的ダイナミクスに与える影響を調査すること。
• メタポピュレーションが適応度の谷や平坦部を越える際に、非分割集団を上回る性能を示すかどうかを特定すること。
• アリックス生物における適応速度の向上に移動が寄与するパラメータ領域を同定すること。
• 大規模な集団が小規模で孤立したデムと接続されるような状況への発展的結果の拡張。

提案手法

• 移動によって接続された複数のデムを有するメタポピュレーションとしてアリックス集団をモデル化すること。
• 適応度の谷や平坦部を有する適応度の地形を対象に、確率的シミュレーションを用いて進化的経路を追跡すること。
• 異なる移動率と集団構造における有益な突然変異の固定までの時間を分析すること。
• 分割された集団と非分割集団、および単一のデムにおける適応速度を比較すること。
• 大規模な中心集団に1つ以上の小規模で孤立したデムが接続される状況を含むモデルの拡張。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 移動を伴う集団の分割は、アリックス集団における適応度の谷の越えを加速するか？
• RQ2 単一の非分割集団と比較して、デム間の移動は粗い適応度の地形における適応速度を向上させるか？
• RQ3 メタポピュレーションの適応速度が、最も速い個々のデムと同等になるパラメータ範囲が存在するか？
• RQ4 中間形態の性質（有害、中立、または弱く有益）が、分割された集団における谷の越えに与える影響は何か？
• RQ5 大規模な集団が1つ以上の小規模で孤立したデムと接続される場合、進化的ダイナミクスに与える影響は何か？

主な発見

• 移動を伴う分割は、広いパラメータ範囲において、適応度の谷や平坦部の越えを顕著に加速する。
• メタポピュレーションが最も速い個々のデムと同等の速度で適応度の谷を越えるパラメータ範囲が存在する。
• 有害、中立、または弱く有益な中間形態を伴う場合でも、加速効果は維持される。
• 確率的シミュレーションにより、移動下での適応速度の向上が予測通りに確認された。
• 大規模な集団が1つ以上の小規模で孤立したデムと接続される場合でさえ、分割の利点は持続する。