[논문 리뷰] An Evolutionary Theory for the Variability Hypothesis

Theodore P. Hill|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 12.

Evolutionary Game Theory and Cooperation참고 문헌 75인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 성적으로 이형성인 종에서 한 성이 다른 성보다 더 높은 변동성을 보이는 이유를 설명하는 수학적 진화 이론—'선택성-다양성 원리'—를 제안한다. 만약 한 성이 선택적으로 행동할 경우, 상대 성의 더 변동성이 큰 하위집단이 시간이 지남에 따라 우세해지며, 그 반대의 경우도 마찬가지로 성립함을 보여주며, 평균의 사전 차이나 본질적인 선택성 역할을 가정하지 않는다.

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.

연구 동기 및 목표

• 찰스 다윈이 해결하지 못한 질문인, 특히 남성이 다른 성보다 더 높은 변동성을 보이는 이유를 설명하기 위해.
• 기본적인 성별 간 평균 차이나 선택성 역할의 가정 없이도 생물학적으로 타당하고 수학적으로 탄탄한 원리로서 변동성 차이를 설명하는 것을 목적으로 한다.
• 짝짓기 선택성이 한 성에서 발생할 경우, 상대 성의 변동성에 대한 진화적 추세를 어떻게 이끌 수 있는지 메커니즘을 제공하기 위해.
• 다른 성의 더 높은 변동성이 본질적인 특성 때문이 아니라 선택적 짝짓기 동적 변화에서 유래할 수 있음을 보여주기 위해.
• 기존 생물학 원리와 호환되는 프레임워크를 제공하여 많은 종에서 관찰되는 더 높은 남성의 변동성 현상을 설명하기 위해.

제안 방법

• 선택성-다양성 원리를 핵심 이론적 메커니즘으로 도입: 선택적인 짝짓기 행동은 상대 성의 더 변동성이 큰 하위집단을 유리하게 한다.
• 단기 진화 역학을 시뮬레이션하기 위해 정규분포된 적합도 값을 사용하는 이산시간 확률 모델을 개발한다.
• 장기적 점근적 행동를 분석하기 위해 지수분포된 적합도 수준을 사용하는 연속시간 결정론적 모델을 구축한다.
• 원리의 수학적 타당성과 일반화 가능성을 확보하기 위해 분포에 정규성 조건을 적용한다.
• 다양성과 선택성에 기반한 진화적 성공을 모델링하기 위해 하위집단 크기의 비교 동적 변화를 사용한다.
• 대칭적 및 비대칭적 선택성 간의 다양한 가정을 적용하여 원리의 강건성을 탐색한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 평균 특성에 대한 사전적 차이를 가정하지 않고서도 한 성에서의 변동성 증가가 어떻게 진화적으로 발생할 수 있는가?
• RQ2 짝짓기 선택성이 상대 성의 장기적 진화적 경로에 있어 변동성에 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 어떤 조건에서 선택적 짝짓기 선호도로 인해 한 성의 더 높은 변동성이 진화적으로 유리하게 작용하는가?
• RQ4 선택성-다양성 원리가 다양한 동물 종에서 관찰되는 더 높은 남성의 변동성 패턴을 설명할 수 있는가?
• RQ5 뇌 구조나 정서적 특성에서 암수가 더 높은 변동성을 보이는 경우도 있는데, 이 원리는 이러한 사례와 어떻게 조화를 이룰 수 있는가?

주요 결과

• 한 성이 선택적일 경우(상대 성의 상위 계층만 수용할 경우), 상대 성의 더 변동성이 큰 하위집단이 시간이 지남에 따라 우세해진다.
• 반대로, 한 성이 비선택적일 경우(하위 계층을 제외한 모든 개체를 수용할 경우), 상대 성의 더 변동성이 작은 하위집단이 유리해진다.
• 이 이론은 한 성이 본질적으로 더 선택적이라는 가정이나, 변동성의 차이가 평균의 차이에서 기인한다는 가정을 하지 않는다.
• 이 원리는 남성이 더 선택적인 성인 많은 mamalia 종에서 남성의 더 높은 변동성을 설명할 수 있다.
• 모델은 양성 모두가 선택적일 경우에도, 짝짓기 동적 변화에 따라 둘 다 더 높은 변동성으로 진화할 수 있음을 예측한다.
• 뇌 구조 및 행동 연구에서의 실증적 지원 자료는 더 높은 남성의 변동성이 항상 성립하지는 않음을 보여주며, 이 이론은 이러한 다양성을 선택적 짝짓기 메커니즘을 통해 설명할 수 있다.