Частотно-зависимый отбор

Частотно-зависимый отбор - вид естественного отбора, при котором приспособленность фенотипа зависит от его частотности относительно других фенотипов в данной популяции.

• При положительном частотно-зависимом отборе приспособленность фенотипа возрастает, когда он становится более распространенным.
• При отрицательном частотно-зависимом отборе приспособленность фенотипа падает, когда он становится более распространенным. Это частный случай балансирующей селекции.

Частотно-зависимый отбор -- это обычный результат взаимодействия между видами (хищничество, паразитизм или конкуренция) или между генотипами внутри вида (обычно конкуренция или симбиоз), который особенно часто обсуждается в связи с адаптациями жертв к хищникам. Частотно-зависимый отбор может приводить к равновесию полиморфные формы в результате взаимодействия разных генотипов внутри вида точно так же, как межвидовое равновесие достигается путем конкуренции между видами (когда параметр α_ij в уравнениях Лотки — Вольтерры отличен от нуля).

Отрицательный частотно-зависимый отбор

Anvil stone, where a thrush has broken open the shells of polymorphic grove snails, may be a sign of frequency-dependent selection.

Первое подробное описание частотно-зависимого отбора сделал, видимо, Edward Bagnall Poulton в 1884 г.,  описав, как хищники могут поддерживать цветовой полиморфизм у своих жертв.

Вероятно, лучшее из известных ранних, но современных описаний этого принципа - статья Bryan Clarke 1962 г., посвященная апостатическому отбору (синоним отрицательного частотно-зависимого отбора). Кларк обсуждает атаки хищников на полиморфных британских улиток, сcылаясь классическую работу Luuk Tinbergen по визуальному поиску жертв в поддержку тезиса, что хищники, такие как птицы, как правило, специализируются на обычных формах видов-жертв. Кларк позже утверждал, что частотно-зависимый балансирующий отбор может объяснить молекулярный полиморфизм (часто в отсутствие гетерозиса) в отличие от нейтральной теории молекулярной эволюции.

Другой пример демонстрируют аллели самонесовместимости у растений. Когда два растения имеют одну аллель самонесовместимости, они не могут спариться. Thus, a plant with a new (and therefore, rare) allele has more success at mating, and its allele spreads quickly through the population .

In human pathogens, such as the flu virus, once a particular strain has become common, most individuals have developed an immune response to that strain. But a rare, novel strain of the flu virus is able to spread quickly to almost any individual, causing continual evolution of viral strains.

The major histocompatibility complex (MHC) is involved in the recognition of foreign antigens and cells. Frequency-dependent selection may explain the high degree of polymorphism in the MHC.

In behavioral ecology, negative frequency-dependent selection often maintains multiple behavioral strategies within a species. A classic example is the Hawk-Dove model of interactions among individuals in a population. In a population with two traits A and B, being one form is better when most members are the other form. As another example, male common side-blotched lizards have three morphs, which either defend large territories and maintain large harems of females, defend smaller territories and keep one female, or mimic females in order to sneak matings from the other two morphs. These three morphs participate in a rock paper scissors sort of interaction such that no one morph completely outcompetes the other two. Another example occurs in the scaly-breasted munia, where certain individuals become scroungers and others become producers.

Positive frequency-dependent selection

Venomous coral snake's warning coloration can benefit harmless mimics, depending on their relative frequency.

Where negative frequency-dependent selection gives an advantage to rare phenotypes, positive frequency-dependent selection gives an advantage to common phenotypes. In the between-species analogue, this is equivalent to an Allee effect, in which if a species is too rare, it may decline to extinction. This means that new alleles can have a difficult time invading a population, since they don't experience significant benefit until they become common.

Harmless scarlet kingsnake mimics the coral snake, but its pattern varies less where the coral snake is rare.

The effect can be seen in the evolution of warning coloration (aposematism) in toxic or distasteful organisms. The signalling theory advantage of such coloration is that predators can learn to avoid potential prey with that color pattern. For example, in the Batesian mimicry complex between a harmless mimic, the scarlet kingsnake (Lampropeltis elapsoides), and the model, the eastern coral snake (Micrurus fulvius), in locations where the model and mimic were in deep sympatry, the phenotype of the scarlet kingsnake was quite variable due to relaxed selection. But where the pattern was rare, the predator population was not 'educated', so the pattern brought no benefit. The scarlet kingsnake was much less variable on the allopatry/sympatry border of the model and mimic, likely due to increased selection since the eastern coral snake is rare, but present, on this border. Therefore, the color is only advantageous once it has become common.

See also

• Apostatic selection
• Evolutionary game theory
• Evolutionarily stable strategy
• Frequency-dependent foraging by pollinators
• Mimicry
• Tit for tat

Bibliography

• Robert H. Tamarin (2001) Principles of Genetics. 7th edition, McGraw-Hill.