[论文解读] 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 1

一句话总结

本文通过具有无限多个家群的 Wright 岛模型极限，研究了大规模灭绝事件如何塑造分化种群中的谱系。研究发现，当再定居为局部性时，谱系遵循具有多重共祖的共祖过程，其中种群内动态既影响共祖事件的速率也影响其结构，揭示了灭绝动态与复杂谱系模式之间的一种新关联。

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.

研究动机与目标

• 理解在具有大量家群的分化种群中，大规模灭绝事件对谱系的影响。
• 在大群规模极限下，对局部演化与全球灭绝事件之间的时间尺度分离进行建模。
• 确定灭绝与再定居动态如何影响祖先谱系的结构。
• 识别在何种条件下，极限谱系会成为具有同时多重共祖的共祖过程。

提出的方法

• 使用 Wright 岛模型的无限多个家群极限，分析谱系过程。
• 利用时间尺度分离：快速局部动态（分散）与缓慢全局事件（聚集）。
• 将灭绝事件建模为瞬时干扰，随后从少数源家群进行再定居。
• 将极限谱系推导为在分散（局部演化）与聚集（全局迁移与灭绝）之间交替的过程。
• 应用随机过程极限，证明其收敛于 Kingman 的共祖过程或具有多重共祖的共祖过程，具体取决于再定居机制。
• 区分局部与全局再定居情景，以确定其对谱系结构的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 大规模灭绝事件如何改变大规模分化种群中的祖先谱系？
• RQ2 在稀疏灭绝条件下，当家群数量趋于无穷时，极限谱系会发生什么变化？
• RQ3 在何种条件下，极限谱系会表现出多重共祖而非标准的 Kingman 共祖过程？
• RQ4 再定居机制（局部 vs. 全局）如何影响共祖事件的速率与结构？
• RQ5 在存在灭绝的情况下，种群内演化过程在多大程度上影响共祖事件的统计特性？

主要发现

• 当再定居为全局性时，极限谱系为 Kingman 的共祖过程，仅整体速率受种群内动态影响。
• 当再定居为局部性——即从少数源家群中抽取时——极限谱系变为具有同时多重共祖的共祖过程。
• 多重共祖的结构直接受种群内种群动态细节的影响，而不仅取决于速率。
• 在分散（局部）与聚集（全局）阶段之间的交替，准确捕捉了模型中的关键时间尺度分离。
• 该模型揭示，灭绝事件可产生标准共祖理论无法捕捉的复杂谱系模式。
• 在局部再定居下出现多重共祖，表明在结构化种群中与标准共祖假设存在根本性偏离。