[論文レビュー] The effects of mass extinction events on the genealogy of a subdivided population

Jesse E. Taylor, Amandine Véber|arXiv (Cornell University)|May 7, 2008

Evolution and Genetic Dynamics被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、無限に多くのデイムを含むワイズのアイランドモデルの極限を用いて、大規模な種の絶滅が分かれている集団内の系統に与える影響を研究している。局所的再定着が行われる場合、系統は複数の系統が同時に合併する共析過程に従い、デイム内でのダイナミクスが共析イベントの発生頻度と構造の両方に影響を与えることが示された。これは、絶滅ダイナミクスと複雑な系統的パターンとの間の新しい関係を明らかにした。

ABSTRACT

We investigate the infinitely many demes limit of the genealogy of a sample of individuals from a subdivided population subject to sporadic mass extinction events. By exploiting a separation of timescales property of Wright's island model, we show that as the number of demes tends to infinity the limiting form of the genealogy can be described in terms of the alternation of instantaneous 'scattering' phases dominated by local demographic processes, and extended 'collecting' phases dominated by global processes. When extinction and recolonization events are local, this genealogy is given by Kingman's coalescent and the scattering phase influences only the overall rate of the process. In contrast, if the vacant demes left by a mass extinction event can be recolonized by individuals emerging from a small number of demes, then the limiting genealogy is a colaescent with simultaneous multiple mergers. In this case, the details of the within-deme population dynamics influence not only the overall rate of the coalescent process, but also the statistics of the complex mergers that can occur within sample genealogies. This study gives some insight into the genealogical consequences of mass extinction in structured populations.

研究の動機と目的

• 多数のデイムを有する分かれている集団における大規模絶滅イベントの系統的結果を理解すること。
• 大デイム極限における局所的デモグラフィーとグローバルな絶滅イベントとの時間スケールの分離をモデル化すること。
• 絶滅および再定着のダイナミクスが祖先的系統の構造に与える影響を特定すること。
• 極限的な系統が同時に複数の合併を示す共析過程となる条件を同定すること。

提案手法

• ワイズのアイランドモデルにおける無限に多くのデイムの極限を用いて、系統的プロセスを分析すること。
• 時間スケールの分離の活用：速い局所的ダイナミクス（散乱）と遅いグローバルイベント（収集）の区別。
• 絶滅イベントを即時の破壊的干渉とし、少数の源デイムからの再定着をモデル化すること。
• 極限的な系統を、散乱（局所的デモグラフィー）と収集（グローバルな移動および絶滅）の交互に発生するプロセスとして導出すること。
• 確率過程の極限を適用して、再定着のメカニズムに応じてキングマンの共析過程または複数合併共析過程への収束を示すこと。
• 局所的再定着とグローバル再定着のシナリオを区別し、それらが系統的構造に与える影響を特定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模な絶滅イベントは、大規模で分かれている集団における祖先的系統にどのように影響を与えるか？
• RQ2 不規則な絶滅のもとでデイム数が無限に近づく際、極限的な系統はどのように変化するか？
• RQ3 極限的な系統が標準的なキングマン共析過程ではなく、複数の合併を示す条件は何か？
• RQ4 再定着のメカニズム（局所的 vs グローバル）は、共析イベントの発生頻度と構造にどのように影響を与えるか？
• RQ5 絶滅の存在下で、デイム内でのデモグラフィー的プロセスは、共析イベントの統計にどの程度影響を与えるか？

主な発見

• 再定着がグローバルな場合、極限的な系統はキングマンの共析過程となり、デイム内ダイナミクスの影響は全体の発生頻度にのみ及ぶ。
• 再定着が局所的である—つまり少数の源デイムから行う—場合、極限的な系統は同時に複数の合併を示す共析過程に変化する。
• 複数合併の構造は、単に発生頻度ではなく、デイム内集団ダイナミクスの詳細に直接依存する。
• 散乱（局所的）と収集（グローバル）の段階の交互発生は、モデルにおける本質的な時間スケールの分離を捉えている。
• このモデルは、絶滅イベントが標準的な共析理論では捉えきれない複雑な系統的パターンを生成しうることを明らかにした。
• 局所的再定着下で複数合併が出現することは、構造化された集団における標準的共析仮定からの根本的な逸脱を示している。