Abstract

The purpose is to study the mechanisms leading to the genetic divergence, i.e. stable genetic differences between two adjacent populations coupled by migration of individuals. We considered the case when the fitness of individuals is strictly determined genetically by a single diallelic locus with alleles A and a, the population is panmictic and Mendel's laws of inheritance hold. The dynamic model contains three phase variables: concentration of allele A in each population and fraction (weight) of the first population in the total population size. We assume that the numbers of coupled populations change independently or strictly synchronously. In the first case, the growth rates are determined by fitness of homo- and heterozygotes, the mean fitness of the each population and the initial concentrations of alleles. In the second case, the growth rates are the same. Methods. To study the model, we used the qualitative theory of differential equations studies, including the construction of parametric and phase portraits, basins of attraction and bifurcation diagrams. We studied local bifurcations that provide the fundamental possibility of genetic divergence. Results. If heterozygote fitness is higher than homozygotes, then both populations are polymorphic with the same concentration of homologous alleles. If the heterozygotes fitness is reduced, then over time the populations will have the same monomorphism in one allele, regardless of the type of population changes. In this case, the dynamics is bistable. We showed that the divergence in the model is a result of subcritical pitchfork bifurcation of an unstable polymorphic state. As a result, the genetic divergent state is unstable and exists as part of the transient process to one of monomorphic state. Conclusion. Divergence is stable only for populations that maintain a population ratio in a certain way. In this case, it is preceded by a saddle-node bifurcation and dynamics is quad-stable, i.e. depending on the initial conditions, two types of stable monomorphism and divergence are possible simultaneously.

Highlights

  • Что простые точки E0, E1 и E2 существуют при любых значениях параметров, в то время пара точек E3,4 с координатами вне единичного квадрата – лишь при s>0

  • The effects of subdivision on the genetic divergence of populations and species // Evolution

Read more

Summary

Краткое описание модели

Для понимания основных закономерностей микроэволюции популяции диплоидных организмов под действием естественного отбора ограничимся подробным рассмотрением простой модельной ситуации, когда все адаптивное разнообразие в популяции определяется одним диаллельным локусом с аллеломорфами A и a, причем фенотип особи жестко определяется ее генотипом; популяция панмиктична и в ней действуют менделевские правила наследования. В математической популяционной генетике это уравнение, описывающее динамику генетической структуры, изначально рассматривалось независимо от динамики численности популяции [1, 9]. Если исходить из приведенного определения коэффициентов отбора, то можно получить следующее уравнение для динамики численности популяции dN. Будем описывать эволюцию такой системы популяций с помощью следующих динамических переменных: q1 и q2 – концентрации (частоты) одного из аллелей (для определенности аллеля A) в первой и второй популяции, соответственно (0 ⩽ q1 ⩽ 1, 0 ⩽ q2 ⩽ 1), а также веса одной из популяций (например, первой) p = N1/(N1 + N2), где N1 и N2 – численности популяций (0 < p < 1). Из предположения об однородности ареала следует, что значения приспособленностей и, соответственно, коэффициентов отборов генотипов (sAA = wAA − 1, sAa = wAa − 1 и saa = waa − 1) в рассматриваемых популяциях не различаются. Однако для полного понимания особенностей динамики необходимо изучить, на первый взгляд, биологически незначимые типы решений, так как их изменение сказывается качественно на значимых решениях

Исследование устойчивости
III II E4
E6 inf
II p V IV
Full Text
Published version (Free)

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call