[논문 리뷰] The effects of mass extinction events on the genealogy of a subdivided population

Jesse E. Taylor, Amandine Véber|arXiv (Cornell University)|2008. 05. 07.

Evolution and Genetic Dynamics인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 유한한 수의 디모로 이루어진 와이트의 아일랜드 모델의 무한한 디모로의 극한을 사용하여 대량 멸종 사건이 분할된 집단의 계통수에 어떻게 영향을 미치는지 연구한다. 국소적인 재정착이 일어날 경우, 계통수는 다중 융합을 포함하는 공통조상 모델이 되며, 이는 내부 디모의 역학이 융합 사건의 속도와 구조에 모두 영향을 준다는 것을 보여주며, 멸종 역학과 복잡한 계통수 패턴 사이에 새로운 연결 고리를 드러낸다.

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.

연구 동기 및 목표

• 많은 수의 디모로 이루어진 분할된 집단에서의 대량 멸종 사건의 계통수적 결과를 이해하기 위해.
• 큰 디모 극한에서 국소적 디모의 역학과 글로벌 멸종 사건 사이의 시간 스케일 분리를 모델링하기 위해.
• 멸종 및 재정착 역학이 조상 계통수의 구조에 어떻게 영향을 미치는지 파악하기 위해.
• 극한 계통수가 동시에 다중 융합을 포함하는 공통조상 모델이 되는 조건을 특정하기 위해.

제안 방법

• 와이트의 아일랜드 모델에서 무한한 수의 디모 극한을 사용하여 계통수 과정을 분석하기 위해.
• 시간 스케일 분리의 활용: 빠른 국소적 동역학(산산이 흩어짐) 대 비어 있는 글로벌 사건(수집).
• 멸종 사건을 순식간의 교란로 모델링하고, 소수의 원천 디모에서 재정착을 수행하기 위해.
• 산산이 흩어짐(국소적 디모의 역학)과 수집(글로벌 이동 및 멸종) 사이를 번갈아가는 과정으로 극한 계통수를 유도하기 위해.
• 확률 과정의 극한을 적용하여 재정착 메커니즘에 따라 킹만의 공통조상 모델 또는 다중 융합 공통조상 모델로 수렴하는 것을 보여주기 위해.
• 국소적 및 글로벌 재정착 시나리오를 구분하여 그들이 계통수의 구조에 미치는 영향을 파악하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대량 멸종 사건은 대규모로 분할된 집단의 조상 계통수에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 일시적인 멸종이 반복될 경우, 디모의 수가 무한히 증가할 때 극한 계통수는 어떻게 되는가?
• RQ3 극한 계통수가 표준 킹만 공통조상 모델이 아닌 다중 융합을 보이게 되는 조건은 무엇인가?
• RQ4 재정착 메커니즘(국소적 대비 글로벌)은 융합 사건의 속도와 구조에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 내부 디모의 민감한 인구 역학은 멸종 존재 하에 융합 사건의 통계에 얼마나 영향을 미치는가?

주요 결과

• 재정착이 글로벌일 경우, 극한 계통수는 킹만의 공통조상 모델이 되며, 내부 디모의 역학은 오직 총 속도에만 영향을 준다.
• 재정착이 국소적일 경우—소수의 원천 디모에서 유래할 경우—극한 계통수는 동시에 다중 융합을 포함하는 공통조상 모델이 된다.
• 다중 융합의 구조는 속도 외에도 내부 디모의 인구 역학의 세부 사항에 직접적으로 영향을 받는다.
• 산산이 흩어짐(국소적)과 수집(글로벌) 단계의 번갈아가는 과정은 모델의 핵심적인 시간 스케일 분리를 반영한다.
• 모델은 멸종 사건이 표준 공통조상 이론으로는 포착되지 않는 복잡한 계통수 패턴을 생성할 수 있음을 드러낸다.
• 국소적 재정착 하에서 다중 융합의 발생은 구조화된 집단에서 표준 공통조상 가정과의 근본적인 이질성을 나타낸다.