Auswirkungen von räumlichem Populationswachstum auf die genetische Vielfalt

Abstract

Wächst eine Population und breitet sich dabei geographisch aus, so spricht man von räumlichem Populationswachstum, bzw. einer Range-Expansion. Viele Arten haben im Verlaufe ihrer evolutionären Geschichte ihr Verbreitungsgebiet ausgeweitet. Gründe hierfür können beispielsweise ein geändertes Klima oder die Verschleppung der Art in einen neuen Lebensraum sein.

Während einer Range-Expansion können durch Gene-Surfing räumliche Verteilungen von neutralen genetischen Varianten entstehen, die den Folgen von selektiven Prozessen ähnlich sind. Für eine korrekte Interpretation der genetischen Daten ist daher die Kenntnis über quantitative Auswirkungen von Range-Expansions auf die genetische Vielfalt unumgänglich.

In dieser Arbeit charakterisiere ich die Konsequenzen von Range-Expansions für Allelfrequenz-Spektren. Dazu generiere ich in Computersimulationen genetische Daten für unterschiedliche demographische Szenarien sowie diverse ökologische und geographische Bedingungen.

Ich zeige, dass Range-Expansions innerhalb kurzer Zeit zu Allelfrequenz-Spektren führen können, die sich durch ein Potenzgesetz mit einem spezifischen Exponenten beschreiben lassen. Dieser Exponent liegt zwischen den erwarteten Exponenten für stabile und exponentiell wachsende, durchmischte Populationen. Mutationen, die während einer Range-Expansion aufgetreten sind, tragen meinen Ergebnissen zufolge weniger zu heutigen Allelfrequenz-Spektren bei, als Mutationen, die bereits in der Ursprungspopulation vorhanden waren. Allerdings eignen sich neue Mutationen besser, um Range-Expansions in genetischen Daten aufzuspüren, da sie weniger von geographischen Strukturen beeinflusst werden.

Meine Resultate werden dazu beitragen, Spuren von Range-Expansions in genetischen Daten zu entdecken und Rückschlüsse auf die evolutionäre Vergangenheit von Populationen zu ziehen.