定量生物学 > 种群与进化
[提交于 2025年4月11日
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标题: 在时间波动的空间结构集合种群中的固定与灭绝
标题: Fixation and extinction in time-fluctuating spatially structured metapopulations
摘要: 细菌在易变的环境中和复杂的空间结构中进化。迁移、波动和环境变化因此对微生物种群的进化有着显著影响。我们考虑了一类以规则图(循环图)排列的空间显式元种群模型,在这些模型中,野生型细胞和突变型细胞在一个随时间波动的环境中竞争,其中各个小群体(亚种群)通过缓慢的细胞迁移相互连接。每个小群体的承载能力相同,并在与恶劣和温和环境条件相关的两个值之间无尽切换。当切换速率既不太慢也不太快时,动态特征表现为瓶颈效应,且种群容易出现波动或灭绝。我们分析了缓慢迁移、空间结构和波动如何影响完全图、环图和正方形晶格元种群中的固定和灭绝现象。当承载能力保持较大时,瓶颈效应较弱,可以忽略小群体的灭绝。因此,动态可以用粗粒度描述来捕捉,从而解析地获得固定概率和平均固定时间。这使我们能够表明,与静态环境不同的是,固定概率取决于迁移率。我们还表明,固定概率和平均固定时间可能表现出非单调依赖于切换速率的情况。当在恶劣条件下承载能力较小,瓶颈效应强烈时,元种群的进化由小群体灭绝与菌株竞争之间的耦合作用塑造。这导致了丰富的动态场景,从中我们确定了最佳条件,可以在不使元种群灭绝的情况下根除突变体。我们在理想化治疗背景下对这些发现进行了解释,并讨论了我们模型的可能推广。
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