[论文解读] A Theory for Gender Differences in Variability

Theodore P. Hill, Serge Tabachnikov|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2017

Evolution and Genetic Dynamics被引用 2

一句话总结

本文提出了一种选择性理论，用以解释性别间变异性差异，认为当某一性别具有选择性时，另一性别更大的变异性将更受青睐。通过使用正态分布和指数分布的适应度的统计模型与确定性模型，该理论表明选择性交配偏好可导致非选择性性别中变异性增加，从而在不假设两性均值差异的前提下，为经典的男性更大变异性假说提供了一种机制。

ABSTRACT

A selectivity theory is proposed to help explain how one gender of a species might tend to evolve with greater variability than the other gender. Briefly, the theory says that if one sex is relatively selective, then more variable subpopulations of the opposite sex will tend to prevail over those with lesser variability; and conversely, if one sex is relatively non-selective, then less variable subpopulations of the opposite sex will tend to prevail over those with greater variability. This theory 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 are presented: a statistical analysis using normally distributed fitness values, and a deterministic analysis using a standard system of coupled ordinary differential equations with exponentially distributed fitness levels. The theory is applied to the classical greater male variability hypothesis.

研究动机与目标

• 解释某一物种中为何某一性别可能进化出比另一性别更大的变异性，特别是在男性更大变异性假说的背景下。
• 构建一个不假设两性之间均值差异的理论框架，而是聚焦于选择性交配行为。
• 建模选择性偏好如何通过基于适应度的选择，使相反性别中更具变异性的小群体在进化上更占优势。
• 使用概率与确定性方法为某一性别中变异性增加的出现提供数学支持。

提出的方法

• 开发了一个使用正态分布适应度值的统计模型，以分析选择性与交配成功率中变异性之间的关系。
• 构建了一个使用耦合常微分方程组的确定性模型，以在指数分布适应度下表示种群动力学。
• 模型模拟了某一性别的选择性交配偏好如何影响另一性别中更具变异性与较少变异性小群体的进化成功。
• 将适应度水平建模为具有指定分布的随机变量，以评估在不同选择性条件下长期的进化结果。
• 通过测试当雌性具有选择性时，男性变异性是否可被选择，将该理论应用于男性更大变异性假说。
• 分析比较了在不同选择性程度与适应度方差下，确定变异性被青睐的条件。

实验结果

研究问题

• RQ1 在何种条件下，由于相反性别的选择性交配偏好，某一性别中变异性增加会成为进化上的优势？
• RQ2 不同的适应度分布假设（正态分布与指数分布）如何影响对变异性预测的进化结果？
• RQ3 是否可以在不假设男性与女性特征均值差异的前提下，解释男性更大变异性假说？
• RQ4 某一性别相对选择性的程度在何种程度上影响另一性别特征方差的形成？
• RQ5 确定性模型与统计模型在预测选择性交配下变异性进化方面如何趋于一致？

主要发现

• 该理论表明，当某一性别具有选择性时，即使两性特征均值无差异，另一性别中更具变异性的小群体在进化上也更受青睐。
• 在适应度呈正态分布的统计模型中，非选择性性别中变异性增加，当相反性别具有选择性时，其预期交配成功率更高。
• 在适应度呈指数分布的确定性模型中，选择性交配偏好可驱动非选择性性别中变异性长期增加。
• 模型证实，男性变异性可作为雌性选择性的结果而出现，支持了经典的男性更大变异性假说。
• 结果在不同适应度分布假设下均具稳健性，表明该机制在各种进化条件下具有普适性。
• 该理论提供了一种合理的机制，解释变异性增加，而无需假设两性之间存在遗传或发育差异。