Allelfrequenzen-Simulation

Über dieses Experiment

Verfolge eine Population mit zwei Allelen über mehrere Generationen und trenne die Auswirkungen von Selektion, Migration und Drift. Untersuche die Hardy-Weinberg-Erwartungen für Genotypen und prüfe dabei, welche Prozesse die Allelfrequenz verändern.

Lernziele

Berechne die erwarteten Genotypanteile anhand der Allelfrequenz.
Erkläre, wie die Fitness eines Genotyps seinen Beitrag zur Fortpflanzung verändert.
Vergleiche deterministische Frequenzänderungen mit einer zufälligen Stichprobenziehung in einer endlichen Population mit festgelegtem Startwert.

Anleitung

1Lass unter den anfänglichen Fitnesswerten jeweils eine Generation ablaufen.
2Wähle neutrale Fortpflanzung und überprüfe, ob die Allelfrequenz konstant bleibt.
3Wähle ausschließlich Migration und verfolge die Annäherung an die Allelfrequenz der Migranten.
4Aktiviere Drift, vergleiche verschiedene Startwerte und teste einen Zuchtpool, in dem alle Fitnesswerte null sind.

Das Modell

p_{m} = (1 - m) p + m p_{mi g r an t}

Migration verändert den Allelpool der Zuchtpopulation vor der Selektion.

w ˉ = p_{m}^{2} w_{AA} + 2 p_{m} (1 - p_{m}) w_{A a} + (1 - p_{m})^{2} w_{aa}

Die mittlere Fitness gewichtet die Genotypen bei zufälliger Paarung.

p_{se l ec t e d} = \frac{p _{m}^{2} w _{AA} + p _{m} ( 1 - p _{m} ) w _{A a}}{w ˉ}

Die ausgewählte Allelfrequenz ist undefiniert, wenn die mittlere Fitness null ist.

Annahmen

Bei jedem Schritt wird zunächst ein Anteil der Migrantenallele eingemischt, dann werden die Genotyp-Erwartungen für zufällige Paarung berechnet und schließlich die relative Überlebensfitness angewendet.
Die ausgewählte A-Allelfrequenz zählt beide A-Kopien in AA und die Hälfte der Kopien in Aa. Wenn endliche genetische Drift aktiviert ist, werden in der nächsten Generation unabhängig und mit Zurücklegen 2N Genkopien gezogen.
Das Diagramm zeigt die erwarteten Genotypanteile für die aktuelle Allelfrequenz vor dem nächsten Migrationstermin, nicht die beobachteten Genotypzahlen einer endlichen Population.
Es gibt weder Mutationen noch eine explizite Altersstruktur. Die relativen Fitnesswerte sind nichtnegativ, und ein Zuchtpool mit einer Gesamtfitness von null erzeugt keine Nachkommen.
Wenn die Fortpflanzung fehlschlägt, bleiben spätere Generationen undefiniert. Migration kann ein fehlendes, überlebensfähiges Allel nur vor diesem Fehlschlag im festgelegten Generationsschritt wieder einbringen.

Im Unterricht ausprobieren

Q1Warum kann zufällige Paarung ohne Selektion die Genotypanteile verändern, ohne die Allelfrequenz zu verändern?
Q2Kann Migration ein Allel einführen, das anschließend durch Selektion begünstigt wird?

Häufig gestellte Fragen

Zeigt das Genotypdiagramm tatsächlich beprobte Individuen?

Nein. Die Flächen zeigen die Hardy-Weinberg-Erwartungen auf Grundlage der aktuellen Allelfrequenz.

Warum endet eine Trajektorie, statt auf null zu sinken?

Eine mittlere Zuchtfitness von null bedeutet, dass es keine Nachkommenpopulation gibt. Eine Allelfrequenz von null würde fälschlicherweise eine überlebende Population suggerieren, die nur a-Allele enthält.