Idealisierte Bevölkerung

In der Populationsgenetik bezeichnet man eine Population als idealisiert, wenn sie sich mithilfe vereinfachender Annahmen beschreiben lässt. Modelle idealisierter Populationen dienen entweder dazu, allgemeine Aussagen zu treffen, oder sie werden an Daten realer Populationen angepasst, für die diese Annahmen möglicherweise nicht zutreffen. Beispielsweise wird die Koaleszenztheorie verwendet, um Daten an Modelle idealisierter Populationen anzupassen. ^{[ 1 ]} Die gebräuchlichste idealisierte Population in der Populationsgenetik ist das Wright-Fisher-Modell, benannt nach Sewall Wright und Ronald Fisher (1922, 1930 und 1931). Wright-Fisher- Populationen weisen eine konstante Populationsgröße auf, und ihre Mitglieder können sich untereinander fortpflanzen . Ein weiteres Beispiel ist das Moran-Modell mit überlappenden Generationen , im Gegensatz zu den nicht überlappenden Generationen des Fisher-Wright-Modells. Die Komplexität realer Populationen kann dazu führen, dass ihr Verhalten einer idealisierten Population mit einer effektiven Populationsgröße entspricht , die sich stark von der tatsächlichen Populationsgröße unterscheidet. Bei sexuell reproduzierenden Diploiden werden in idealisierten Populationen die Genotypfrequenzen gemäß dem Hardy-Weinberg-Gleichgewicht mit den Allelfrequenzen in Beziehung stehen .

Im Jahr 1908 modellierten G. H. Hardy und Wilhelm Weinberg eine idealisierte Population, um zu zeigen, dass in Abwesenheit von Selektion, Migration und zufälliger genetischer Drift die Allelfrequenzen über die Zeit konstant bleiben und dass in Gegenwart zufälliger Paarung die Genotypfrequenzen gemäß einem binomialen Quadratprinzip , dem sogenannten Hardy-Weinberg-Gesetz, mit den Allelfrequenzen zusammenhängen. ^{[ 2 ]}

Ein gutes Beispiel für die Anwendung eines idealisierten Populationsmodells zur Beobachtung natürlicher Populationsbedingungen findet sich in einer Studie von Joe Roman und Stephen R. Palumbi (2003). Anhand von Daten zur genetischen Diversität untersuchten sie, ob sich die Populationen der Nordatlantischen Großwale ausreichend für den kommerziellen Walfang erholt haben. Zur Berechnung der genetischen Diversität multiplizierten die Autoren die langfristige effektive Populationsgröße der Weibchen mit zwei (bei einem angenommenen Geschlechterverhältnis von 1:1) und anschließend mit der Substitutionsrate mitochondrialer Gene pro Generation. Unter Berücksichtigung verschiedener Annahmen zum Geschlechterverhältnis und zur Anzahl der Jungtiere konnten sie berechnen, dass die heutigen Walpopulationen – im Gegensatz zu historischen Aufzeichnungen – weit von der Fangquote entfernt sind. ^{[ 3 ]}

Idealisierte Populationsmodelle liefern nicht nur Informationen über den Zustand gegenwärtiger Populationen, sondern sind auch hilfreich, um die Naturgeschichte und Populationsdynamik vergangener Zeiten zu rekonstruieren. Mithilfe eines solchen Modells testeten Anders Eriksson und Andrea Manica (2012) die Hypothese der Vermischung archaischer Menschen mit modernen Menschen . Die Autoren verglichen die Genomsequenzen zweier menschlicher Populationen, Neandertaler und Schimpansen. Eriksson und Manica entwickelten ein Trittsteinmodell, in dem Afrika und Eurasien als Kette gleich großer Populationen dargestellt werden. Sie kamen zu dem Schluss, dass sich Ähnlichkeiten zwischen dem Neandertaler-Genom und dem eurasischen Genom durch die Struktur alter Populationen erklären lassen, wenn Europäer genetische Informationen mit Asiaten, nicht aber mit Afrikanern austauschen können. ^{[ 4 ]}

Die Verwendung von Modellen ermöglicht auch die Durchführung von Simulationen , einschließlich computergestützter Simulationen, um Hypothesen über evolutionäre Ergebnisse aufzustellen:

• PopG ist ein kostenloses Computerprogramm , das das Fisher-Wright-Modell verwendet, um die gleichzeitige Evolution mehrerer Populationen zu simulieren und die Ergebnisse zu veranschaulichen.
• Die University of Connecticut betreibt einen Java-basierten Gendrift-Simulator, der den Einfluss der Gendrift auf natürliche Populationen veranschaulichen soll.

• Hanage, WP; Spratt, BG; Turner, KME; Fraser, C. (2006). „Modellierung der bakteriellen Artbildung“ . Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 361 (1475): 2039–2044 . doi : 10.1098 / rstb.2006.1926 . PMC  1764933. PMID  17062418 .