Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

31.3: Frequentie-afhankelijke selectie
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Frequency-dependent Selection
 
TRANSCRIPT

31.3: Frequency-dependent Selection

31.3: Frequentie-afhankelijke selectie

When the fitness of a trait is influenced by how common it is (i.e., its frequency) relative to different traits within a population, this is referred to as frequency-dependent selection. Frequency-dependent selection may occur between species or within a single species. This type of selection can either be positive—with more common phenotypes having higher fitness—or negative, with rarer phenotypes conferring increased fitness.

Positive Frequency-Dependent Selection

In positive frequency-dependent selection, common phenotypes have a fitness advantage. This scenario is often seen in interactions where mimicry is involved. In the Neotropical region of Central America, the butterfly species Heliconius cydno and Heliconius sapho are involved in a Müllerian mimicry partnership. Both butterflies are black and white, a common aposematic signal in the animal kingdom that warns of toxicity, venom, bad taste, or other predator deterrents.

Interestingly, H. cydno can hybridize with a closely related sister species, H. melpomene, and produce offspring. H. melpomene is predominantly black and red. The resulting mixed white-red-black hybrid offspring are significantly less fit. In addition to the female hybrids being sterile, predators do not recognize the colors as deterrent warnings, and butterflies of either parent species do not recognize the hybrids as potential mates. Therefore, the most common phenotype—black and white—is selected for. However, the more frequent the white-red-black hybrids become, the more relatively fit the phenotype becomes because predators are more likely to have learned about the warning pattern through a previous encounter with another hybrid individual.

Negative Frequency-Dependent Selection

Negative frequency-dependent selection is a form of selection in which common phenotypes are selected against. One type of negative frequency-dependent selection occurs when rare phenotypes of a prey species confer higher fitness because predators do not recognize the organisms as prey. This is known as apostatic selection.

A classic example of apostatic selection is found in the grove snail and one of its predators, the thrush. The grove snail displays polymorphic shell patterning, but the predatory thrushes tend to focus on one or two common forms of shell patterning when searching for prey. These common phenotypes, therefore, experience stronger negative selection pressure.

Another example of negative frequency-dependent selection is found in plant self-incompatibility systems. In angiosperms, homomorphic self-incompatibility is crucial to prevent self-fertilization that typically involves genetic mechanisms that prevent pollen germination or tube growth if the pollen and pistil express identical alleles. This is controlled by a multiallelic genomic region called the S-locus. Because of this, plants expressing common forms of the S-locus will often encounter false “selves”—where a potential reproductive event, and therefore gene flow, is blocked due to the self-incompatibility genes. This means that rarer forms of the S-locus are under positive selection, while common forms are selected against.

Wanneer de geschiktheid van een eigenschap wordt beïnvloed door hoe vaak het is (dwz de frequentie ervan) ten opzichte van verschillende eigenschappen binnen een populatie, wordt dit frequentieafhankelijke selectie genoemd. Frequentieafhankelijke selectie kan plaatsvinden tussen soorten of binnen een enkele soort. Dit type selectie kan zowel positief zijn - met meer algemene fenotypes met een hogere conditie - of negatief, met zeldzamere fenotypes die een verhoogde conditie geven.

Positieve frequentie-afhankelijke selectie

Bij positieve frequentie-afhankelijke selectie hebben veel voorkomende fenotypes een fitnessvoordeel. Dit scenario wordt vaak gezien bij interacties waarbij sprake is van nabootsing. In de neotropische regio van Midden-Amerika zijn de vlindersoorten Heliconius cydno en Heliconius sapho betrokken bij een Mülleriaans mimicry-partnerschap. Beide vlinders zijn zwart en wit, een algemeen aposematisch signaal in het dierenrijk dat waarschuwt voor toxiciteit, gif, slechte smaak of andere afschrikmiddelen voor roofdieren./ p>

Interessant is dat H. cydno kan hybridiseren met een nauw verwante zustersoort, H. melpomene , en nakomelingen kan produceren. H. melpomene is overwegend zwart en rood. De resulterende gemengde wit-rood-zwarte hybride nakomelingen zijn beduidend minder fit. Behalve dat de vrouwelijke hybriden onvruchtbaar zijn, herkennen roofdieren de kleuren niet als afschrikkende waarschuwingen, en vlinders van beide oudersoorten herkennen de hybriden niet als potentiële partners. Daarom is het meest voorkomende fenotype - zwart en wit - geselecteerd. Hoe vaker de wit-rood-zwarte hybriden echter voorkomen, hoe relatief fit het fenotype wordt, omdat de kans groter is dat roofdieren het waarschuwingspatroon hebben leren kennen door een eerdere ontmoeting met een ander hybride individu.

Negatieve frequentie-afhankelijke selectie

Negatieve frequentie-afhankelijke selectie is een vorm van selectie waarbij veel voorkomende fenotypes worden geselecteerd. Een type negatieve frequentiey-afhankelijke selectie vindt plaats wanneer zeldzame fenotypes van een prooisoort een hogere conditie verlenen omdat roofdieren de organismen niet als prooi herkennen. Dit staat bekend als apostatische selectie.

Een klassiek voorbeeld van apostatische selectie wordt gevonden in de bosslak en een van zijn roofdieren, de spruw. De bosslak vertoont polymorfe schelppatronen, maar de roofzuchtige lijsters hebben de neiging zich te concentreren op een of twee veelvoorkomende vormen van schelppatronen bij het zoeken naar een prooi. Deze veel voorkomende fenotypes ervaren daarom een sterkere negatieve selectiedruk.

Een ander voorbeeld van negatieve frequentie-afhankelijke selectie wordt gevonden in zelf-incompatibiliteitssystemen van planten. In angiospermen is homomorfe zelf-incompatibiliteit cruciaal om zelfbevruchting te voorkomen, waarbij meestal genetische mechanismen betrokken zijn die pollenkieming of buisgroei voorkomen als het stuifmeel en de stamper identieke allelen tot expressie brengen. Dit wordt gecontroleerd door een multi-allelisch genomisch gebied dat de S- locus wordt genoemd. Hierdoor plmieren die veel voorkomende vormen van de S- locus tot expressie brengen, zullen vaak valse 'zelven' tegenkomen - waar een mogelijke voortplantingsgebeurtenis, en dus de genstroom, wordt geblokkeerd vanwege de zelf-incompatibiliteitsgenen. Dit betekent dat zeldzamere vormen van de S- locus onder positieve selectie staan, terwijl veel voorkomende vormen tegen worden geselecteerd.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter