[论文解读] An Evolutionary Theory for the Variability Hypothesis

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

Evolutionary Game Theory and Cooperation参考文献 75被引用 6

一句话总结

本文提出了一项数学进化理论——'选择性-变异性原则'，用以解释在性二态物种中为何某一性别可能比另一性别演化出更大的变异性。该理论表明，若某一性别具有选择性，则其对对立性别中变异性更高的亚种群具有更强的持续优势，反之亦然，且无需预先假设两性在均值或内在选择性角色上的差异。

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.

研究动机与目标

• 回答查尔斯·达尔文未解决的问题：为何某一性别（尤其是雄性）常比另一性别演化出更大的变异性。
• 提出一种生物上合理、数学上严谨的原则，解释变异性差异，而无需假设两性在均值或选择性方面存在固有差异。
• 提供一种机制，说明为何一性别的交配选择性可驱动对立性别变异性演化的趋势。
• 证明一性别中更大的变异性可并非源于内在特性，而是由选择性交配动态所导致。
• 提供一个与现有生物学原理相容的框架，以解释在许多物种中广泛观察到的雄性变异性更大的现象。

提出的方法

• 引入'选择性-变异性原则'作为核心理论机制：选择性交配偏好有利于对立性别中变异性更高的亚种群。
• 构建一个使用正态分布适应度值的离散时间概率模型，以模拟短期进化动态。
• 构建一个使用指数分布适应度水平的连续时间确定性模型，以分析长期渐近行为。
• 对分布施加正则性条件，以确保该原则的数学有效性与普遍适用性。
• 利用亚种群规模的比较动态，基于变异性与选择性建模进化成功。
• 在不同假设下分析该原则，包括两性间选择性对称与非对称的情形，以探索其鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在不预先假设两性在均值特征上存在差异的前提下，如何解释某一性别中变异性更大的进化出现？
• RQ2 交配选择性在塑造对立性别长期进化轨迹的变异性方面发挥何种作用？
• RQ3 在何种条件下，一性别的更大变异性会因选择性交配偏好而成为进化上的优势？
• RQ4 选择性-变异性原则能否解释在多种动物物种中观察到的雄性变异性更大的现象？
• RQ5 该原则如何与雌性表现出更大变异性（如大脑结构或情绪特质）的案例相协调？

主要发现

• 当某一性别具有选择性（仅接受对立性别中顶尖水平的个体）时，对立性别中变异性更高的亚种群会随时间推移逐渐占据优势。
• 反之，当某一性别为非选择性（仅拒绝最低比例的个体）时，对立性别中变异性较低的亚种群则更受青睐。
• 该理论并未假设某一性别本质上更具选择性，也未假设变异性差异源于均值差异。
• 该原则可解释在雄性为更具选择性性别（如许多哺乳动物）的物种中雄性变异性更大的现象。
• 模型预测，即使两性均具选择性，其变异性仍可能因交配动态而共同向更高水平演化。
• 来自大脑结构与行为研究的实证支持表明，雄性变异性更大的现象并非普遍存在，而该理论通过选择性交配机制解释了此类差异的存在。