Модель "камень-ножницы-бумага" демонстрирует преимущества высоких темпов мутации

Исследователи из Гарвардского университета использовали математические модели, чтобы показать, как динамика, подобная игре "камень-ножницы-бумага", может приводить к эволюции более высоких темпов мутации. Исследование описано в статье в The American Naturalist.

В простом сценарии низкий темп мутации обычно выгоден, так как большинство мутаций либо нейтральны, либо вредны для адаптированного организма. Однако в условиях циклической конкуренции, где нет постоянного "лучшего" признака, ситуация меняется.

Циклическая конкуренция в природе

Классический пример — самцы ящериц Uta stansburiana с разной окраской горла:

• Синие — умеренно агрессивны, охраняют небольшую территорию.
• Оранжевые — гипердоминантны, контролируют большие территории.
• Желтые — малоагрессивны, "обманывают" оранжевых, спариваясь, пока те охраняют территорию.

Здесь синие побеждают желтых, желтые — оранжевых, а оранжевые — синих, создавая цикл "камень-ножницы-бумага".

Математическая модель

Используя модель с тремя и более стратегиями (6, 10 и более), исследователи (Дэниел Розенблюм и Бен Аллен) обнаружили устойчивый результат:

"Математика показывает, что это очень надежный результат — независимо от того, сколько существует стратегий, независимо от того, сколько неправильных мутаций происходит, — всегда будет существовать давление отбора в пользу более высокой скорости мутации".

Даже при увеличении числа стратегий и добавлении заведомо неуспешных, давление отбора снижалось, но никогда не падало до нуля.

Роль генетической рекомбинации

Когда в модель добавили рекомбинацию (естественное перемешивание генов), обнаружились два эффекта:

1. Ограниченная выгода для особей с низкой мутацией: Даже если они случайно находят выигрышную стратегию, их доминирование временно. "Когда появится следующая выигрышная стратегия, их в конечном итоге вытеснят".
2. Сосуществование: Особи с высокой скоростью мутации действуют как "исследователи", находя новую успешную стратегию. Особи с низкой скоростью мутации затем перенимают ее, "консервируя" выигрышную схему до следующего открытия. Такое сосуществование ранее не описывалось.

Перспективы для науки

Понимание этой динамики может помочь идентифицировать "горячие точки" мутаций в геноме:

"Мы предсказываем, что скорость мутации должна быть выше в областях, которые каким-то образом опосредуют признаки, важные для моделей эволюции по типу "камень-ножницы-бумага" и других циклических моделей".

Разные участки генома мутируют с разной скоростью (разница может достигать порядка величины), и эти "горячие точки" могут соответствовать признакам, вовлеченным в циклическую конкуренцию.