Что происходит, когда физики играют (используя математические инструменты) с генетикой популяций? Они могут обнаружить неожиданные связи между миграцией и биоразнообразием, например, как это недавно сделала группа исследователей из Международной школы перспективных исследований (SISSA) в Триесте и Политехнического университета в Турине в исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters.Влияние миграции на биоразнообразие (подразумеваемое как сосуществование различных генетических признаков) — открытый вопрос: увеличивает или уменьшает миграция генетическая изменчивость популяций? Или отношения более сложные?
Представьте себе население, которое живет на нескольких «островах», разделенных полосами моря. На каждом острове живут две группы, A и B, которые различаются одним генетическим признаком, например, люди в группе A имеют светлые волосы, а люди в группе B — каштановые.
Если нет миграции между двумя островами, биоразнообразие на каждом из них может изменяться только на основе «стохастической» динамики (то есть со случайной составляющей), связанной с развитием поколений. Однако если определенная степень мобильности обеспечивается внутри группы островов, то есть если некоторые люди путешествуют и мигрируют, то биоразнообразие выходит из своей «изоляции» и находится под влиянием этого миграционного явления.Исследователи воспроизвели эту ситуацию в математической модели и отслеживали изменения биоразнообразия с разными темпами миграции, используя определенные аналогии с физическими явлениями совершенно другой природы.«Мы начали с простых расчетов« ручкой и бумагой », которые учитывали известные« правила »популяционной генетики.
Однако по мере продолжения нашей работы сложность модели вынудила нас использовать компьютерное моделирование системы», — объясняет Пьеранджело Ломбардо, аспирант SISSA и первый автор статьи. «На самом деле, мы ожидали результата, отличного от того, что мы получили. Даже глядя на данные, представленные в предыдущих исследованиях, наиболее распространенное мнение состоит в том, что чем выше скорость миграции, тем ниже биоразнообразие».«Наша модель, с другой стороны, дала совсем другой результат», — говорит Ломбардо. «Функция, которая связывает две переменные, представляет собой кривую, на которой при более высоких темпах миграции видно, что биоразнообразие достигает минимума перед тем, как снова начать расти».«Это означает, что если мы хотим увеличить биоразнообразие населения, в условиях, описанных выше, мы можем увеличить скорость миграции выше значения, при котором биоразнообразие упадет до минимума», — объясняет Андреа Гамбасси, профессор SISSA, координировавшая исследование. «Наша явно упрощенная модель, но она учитывает основные механизмы, лежащие в основе генетики миграций».
«Наши результаты могут оказаться полезными при проведении полевых исследований», — заключает Гамбасси. "Наша модель на самом деле может использоваться для руководства при планировании экспериментов, направленных на мониторинг взаимосвязи между миграцией и биоразнообразием. И если экспериментальные наблюдения подтвердят нашу модель, мы могли бы ее дополнительно усовершенствовать и использовать для прогнозирования и управления поведением простых популяции, например, колонии бактерий ».