ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ДИВЕРГЕНЦИЯ В СИСТЕМЕ СМЕЖНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ПРИ ПЛОТНОСТНО-ЗАВИСИМОМ ЛИМИТИРОВАНИИ ГАМЕТОПРОДУКЦИИ

М.П. Кулаков, Е.Я. Фрисман

Аннотация


В работе изучаются механизмы, приводящие к возникновению генетической дивергенции (устойчивых генетических различий) между двумя миграционно связанными популяциями. Рассматривается «классическая» система панмиктичных популяций с менделевскими правилами наследования и монолокусным отбором, направленным против гетерозигот. Для лимитирования роста численности предложено считать, что гаметопродукция и общая фертильность (рождаемость) падает с ростом численности за счет ограниченности ресурсов. Предложена дискретная по времени нелинейная математическая модель, описывающая динамику концентрации одного из аллелей и общую численность в каждой из популяций. Описана процедура вычисления координат всех неподвижных точек, соответствующих разным типам предельной генетической структуры и соотношению численностей. Показано, что при плотностно-зависимом лимитировании рождаемости в модели возможно множество неподвижных точек, соответствующих однородному и неоднородному распределению. При однородном распределении обе популяции оказываются мономорфными, т.е. представлены особями лишь с одним генотипом. Предельные численности при этом не всегда совпадают. Неоднородность проявляется в том, что смежные популяции оказываются полиморфными, т.е. содержат особей с разными генотипами, но существенно отличаются частотами альтернативных аллелей и предельными численностями. Описаны бифуркации рождения неподвижных точек, соответствующих неоднородному распределению и генетической дивергенции. Обнаружено, что движение к одной из возможных предельных генетических структур сопровождается изменением репродуктивных возможностей популяций. Показано, что при пониженной приспособленности гетерозигот мономорфные популяции имеют более высокую рождаемость, чем полиморфные, в которых, очевидно, присутствуют особи с разными репродуктивными возможностями. В результате мономорфным и полиморфным популяциям соответствуют разные предельные численности и циклы с разными периодами и фазами колебаний в случае потери устойчивости даже при полной идентичности популяций. 

Ключевые слова


генетическая дивергенция; популяция; динамика; миграция; бифуркации; мультистабильность

Полный текст:

PDF

Литература


ОБРАЗЕЦ ЦИТИРОВАНИЯ: Кулаков М.П., Фрисман Е.Я. Генетическая дивергенция в системе смежных популяций при плотностно-зависимом лимитировании гаметопродукции // Региональные проблемы. 2023. Т. 26, № 1. С. 12–27. DOI: 10.31433/2618-9593-2023-26-1-12-27.

Безручко Б.П., Прохоров М.Д., Селезнев Е.П. Виды колебаний, мультистабильность и бассейны притяжений аттракторов симметрично связанных систем с удвоением периода // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2002. Т. 10, № 4. С. 47–67.

Кузнецов А.П., Седова Ю.В., Сатаев И.Р. Устройство пространства управляющих параметров неидентичных связанных систем с удвоениями периода // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2004. Т. 12, №. 5. С. 46–57.

Кузнецов А.П., Кузнецов С.П. Критическая динамика решеток связанных отображений у порога хаоса // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 1991. Т. 34, № 10–12. С. 1079–1115.

Кулаков М.П., Аксенович Т.И., Фрисман Е.Я. Подходы к описанию пространственной динамики миграционно-связанных популяций: анализ синхронизации циклов // Региональные проблемы. 2013. Т. 16, № 1. С. 5–14.

Кулаков М.П., Фрисман Е.Я. Простая и сложная динамика в модели эволюции двух миграционно связанных популяций с непересекающимися поколениями // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2022. Т. 30, № 2. С. 208–232. DOI: 10.18500/0869-6632-2022-30-2-208-232.

Кулаков М.П., Фрисман Е.Я. Синхронизация 2-циклов в системе симметрично связанных популяций, запас-пополнение в которых описывается функцией Рикера // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2010. Т. 18, № 6. С. 25–41. DOI: 10.18500/0869-6632-2010-18-6-25-41.

Поздняков М.В., Савин А.В. Особенности мультистабильных режимов несимметрично связанных логистических отображений // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2010. Т. 18, №. 5. С. 44–53. DOI: 10.18500/0869-6632-2010-18-5-44-53.

Салменкова Е.А., Омельченко В.Т., Радченко, О.А., Гордеева Н.В., Рубцова Г.А., Романов Н.С. Генетическая дивергенция гольцов рода Salvelinus Кроноцкого озера (полуостров Камчатка) // Генетика. 2005. Т. 41, № 8. С. 1096–1107. DOI: 10.1007/s11177-005-0178-6.

Свирежев Ю.М., Пасеков В.П. Основы математической генетики. М.: Наука, 1982. 512 с.

Фрисман Е.Я., Кулаков М.П. О генетической дивергенции в системе двух смежных популяций, обитающих на однородном ареале // Известия высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2021. Т. 29, № 5. С. 706–726. DOI: 10.18500/0869-6632-2021-29-5-706-726.

Фрисман Е.Я. Первичная генетическая дивергенция (Теоретический анализ и моделирование). Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1986. 160 с.

Bertram J., Masel J. Different mechanisms drive the maintenance of polymorphism at loci subject to strong versus weak fluctuating selection // Evolution. 2019. Vol. 73. P. 883–896. DOI: 10.1111/evo.13719.

Bürger R. A survey of migration-selection models in population genetics // Discrete & Continuous Dynamical Systems – B. 2014. Vol. 19, N 4. P. 883–959. DOI: 10.3934/dcdsb.2014.19.883.

Carroll S.P., Hendry A.P., Reznick D.N., Fox C.W. Evolution on ecological time-scales // Functional Ecology. 2007. Vol. 21. P. 387–393. DOI: 10.1111/j.1365-2435.2007.01289.x.

Fisher R.A. The genetical theory of natural selection. Oxford: Clarendon Press, 1930. 272 p. DOI: 10.5962/bhl.title.27468.

Fussmann G.F., Loreau M., Abrams P.A. Eco-evolutionary dynamics of communities and ecosystems // Functional Ecology. 2007. Vol. 21. P. 465–477. DOI: 10.1111/j.1365-2435.2007.01275.x.

Gaines M.S., McClenaghan Jr L.R., Rose R.K. Temporal patterns of allozymic variation in fluctuating populations of Microtus ochrogaster // Evolution. 1978. Vo1. 32, N 4. P. 723–739. DOI: 10.2307/2407488.

Gottlieb L.D. Genetic stability in a peripheral isolate of Stephanomeria exigua ssp. coronaria that fluctuates in population size // Genetics. 1974. Vol. 76, N 3. P. 551–556. DOI: 10.1093/genetics/76.3.551.

Haldane J.B.S. A mathematical theory of natural and artificial selection. Part II. The influence of partial self-fertilisation, inbreeding, assortative mating, and selective fertilisation on the composition of Mendelian populations, and on natural selection // Biological Reviews. 1924. N 1. P. 158–163. DOI: 10.1111/j.1469-185X.1924.tb00546.x.

Neverova G.P., Zhdanova O.L., Frisman E.Y. Effects of natural selection by fertility on the evolution of the dynamic modes of population number: bistability and multistability // Nonlinear Dynamics. 2020. Vol. 101. P. 687–709. DOI: 10.1007/s11071-020-05745-w.

Pelletier F., Garant D., Hendry A.P. Eco-evolutionary dynamics // Philosophical Transactions of The Royal Society B. 2009. Vol. 364, N 1523. P. 1483–1489. DOI:10.1098/rstb.2009.0027.

Sato S., Urawa S. Genetic variation of Japanese pink salmon populations inferred from nucleotide sequence analysis of the mitochondrial DNA control region // Environmental biology of fishes. 2017. Vol. 100. P. 1355–1372. DOI: 10.1007/s10641-017-0648-4.

Smith W.H., Wooten J.A., Camp C.D., Stevenson D.J., Jensen J.B., Turner M., N.A. Reed. Genetic divergence correlates with the contemporary landscape in populations of Slimy Salamander (Plethodon glutinosus) species complex across the lower Piedmont and Coastal Plain of the southeastern United States // Canadian Journal of Zoology. 2018. Vol. 96, N 11. P. 1244–1254. DOI: 10.1139/cjz-2018-0050.

Tellier A., Brown J.K.M. Stability of genetic polymorphism in host–parasite interactions // Proceedings of the Royal Society B. 2007. Vol. 274. P. 809–817. DOI: 10.1098/rspb.2006.0281.

Telschow A., Hammerstein P., Werren J.H. The Effect of Wolbachia on Genetic Divergence between Populations: Models with Two-Way Migration // The American Naturalist. 2002. Vol. 160, N 4. P. 54–66. DOI: 10.1086/342153.

Udwadia F.E., Raju N. Dynamics of Coupled Nonlinear Maps and Its Application to Ecological Modeling // Applied mathematic and computation. 1997. Vol. 82, N 2–3. P. 137–179. DOI: 10.1016/S0096-3003(96)00027-6.

Yeaman S., Otto S.P. Establishment and maintenance of adaptive genetic divergence under migration, selection, and drift // Evolution. 2011. Vol. 65, N 7. P. 2123–2129. DOI: 10.1111/j.1558-5646.2011.01277.x.

Zhdanova O.L., Frisman E.Ya. Genetic polymorphism under cyclical selection in long-lived species: The complex effect of age structure and maternal selection // Journal of Theoretical Biology. 2021. Vol. 512, N 110564. DOI: 10.1016/j.jtbi.2020.110564.


Ссылки

  • Ссылки не определены.