Взаимодействующие мутации способствуют разнообразию

Генетическое разнообразие возникает в результате взаимодействия мутаций, отбора и генетического дрейфа. В большинстве научных моделей мутанты имеют постоянное значение приспособленности (фитнеса). Однако эволюционная теория игр рассматривает постоянные значения фитнеса как частный случай. Она утверждает, что приспособленность мутации также зависит от её частоты в популяции.

Учёные из Института эволюционной биологии Макса Планка в Плёне и Университета Британской Колумбии в Ванкувере разработали модель для сценария, в котором мутации являются частотно-зависимыми, но имеют случайные параметры фитнеса. Результаты показывают, что возникающая динамика у случайных мутантов увеличивает генетическое разнообразие внутри популяции, хотя приспособленность может даже снижаться.

Частотно-зависимый отбор — повторяющаяся тема в эволюции: он позволяет видообразованию происходить без географического разделения (симпатрическое видообразование) или обеспечивает относительно быстрые изменения в иммунной системе популяции.

"Наша компьютерная модель сочетает аспекты популяционной генетики и эволюционной теории игр, чтобы получить новую перспективу генетической эволюции", — говорит Арне Траульсен из Института Макса Планка. В то время как во многих математических моделях мутации имеют случайное, но фиксированное значение фитнеса, эта новая модель также позволяет случайным значениям фитнеса меняться в зависимости от частоты разных типов.

Результаты моделирования показывают, что частотно-зависимый отбор приводит к более высокому генетическому разнообразию внутри популяции, хотя само разнообразие не является предпочтительным. Взаимодействие разных мутаций и появление новых мутантов поддерживают развитие динамического разнообразия в популяции.

"Возможно параллельное существование разных мутаций, так что новый мутант не обязан полностью заменять резидентную популяцию", — говорит ведущий автор исследования Вэйни Хуан. Особенно интересно, что разнообразие в этой модели остаётся естественно ограниченным.

С другой стороны, в отличие от постоянного отбора, приспособленность при частотно-зависимом отборе не обязательно растёт. Например, мутация в клетках, останавливающая производство веществ, передаваемых другим клеткам, может быть изначально выгодной. Однако если она достигает фиксации, средняя приспособленность популяции клеток снижается. Таким образом, полезные мутации могут быть утрачены, а вредные — закрепиться.