Введение

Частотно-зависимый отбор — это эволюционный процесс, при котором приспособленность фенотипа или генотипа зависит от фенотипического или генотипического состава популяции. При положительном частотно-зависимом отборе приспособленность фенотипа или генотипа возрастает по мере увеличения его распространенности. При отрицательном частотно-зависимом отборе приспособленность фенотипа или генотипа снижается по мере увеличения его распространенности. Это пример сбалансированного отбора. В более широком смысле, частотно-зависимый отбор включает случаи, когда биологические взаимодействия делают приспособленность особи зависимой от частоты встречаемости других фенотипов или генотипов в популяции. Обычно частотно-зависимый отбор является результатом взаимодействий между видами (хищничество, паразитизм или конкуренция) или между генотипами внутри вида (как правило, конкурентные или симбиотические) и особенно часто обсуждается в связи с адаптациями против хищников. Частотно-зависимый отбор может приводить к полиморфным равновесиям, возникающим в результате взаимодействий между генотипами внутри вида, подобно тому, как многовидовые равновесия требуют взаимодействий между видами в конкуренции (например, когда параметры αij в уравнениях конкуренции Лотки-Вольтерры отличны от нуля). Частотно-зависимый отбор также может приводить к динамическому хаосу, когда приспособленность некоторых особей становится очень низкой при промежуточных частотах аллелей.

Отрицательно

Первое явное упоминание о частотно-зависимом отборе, по всей видимости, относится к 1884 году и принадлежит Эдварду Багналу Пултону, который рассматривал, каким образом хищники могут поддерживать цветовые полиморфизмы у своих жертв. Вероятно, наиболее известным ранним современным описанием этого принципа является статья Брайана Кларка 1962 года, посвященная апостатическому отбору (синоним отрицательной частотно-зависимости отбора). Кларк обсуждал нападения хищников на полиморфных британских улиток, ссылаясь на классическую работу Луука Тинбергена об образах поиска, как на подтверждение того, что хищники, такие как птицы, склонны специализироваться на распространенных формах съедобных видов. Позже Кларк предположил, что балансирующий отбор, зависящий от частоты, может объяснить молекулярные полиморфизмы (часто в отсутствие гетерозиса) в противовес нейтральной теории молекулярной эволюции. Другой пример – аллели несовместимости растений. Если у двух растений один и тот же аллель несовместимости, они не могут скрещиваться. Таким образом, растение с новым (и, следовательно, редким) аллелем имеет больше шансов на успешное скрещивание, и его аллель быстро распространяется в популяции. Аналогичным примером являются аллели *csd* медоносных пчел. Личинка, гомозиготная по *csd*, нежизнеспособна. Следовательно, редкие аллели распространяются в популяции, приближая генофонд к идеальному равновесию, при котором каждый аллель встречается с одинаковой частотой. Основной комплекс гистосовместимости (MHC) участвует в распознавании чужеродных антигенов и клеток. Частотно-зависимый отбор может объяснить высокую степень полиморфизма в MHC. В поведенческой экологии отрицательная частотно-зависимость отбора часто поддерживает множественные поведенческие стратегии внутри вида. Классическим примером является модель «Ястреб-Голубь», описывающая взаимодействие между особями в популяции. В популяции с двумя признаками А и В, быть одной формой выгоднее, когда большинство особей обладают другой формой. Другой пример – самцы обыкновенных бокопятнистых ящериц, у которых существует три морфы: защищающие большие территории и содержащие большие гаремы самок, защищающие меньшие территории и удерживающие одну самку, или имитирующие самок, чтобы незаметно спариваться с двумя другими морфами. Эти три морфы участвуют во взаимодействии, подобном игре «камень, ножницы, бумага», в результате которого ни один морф не может полностью вытеснить два других. Другой пример наблюдается у муний с чешуйчатой грудью, где некоторые особи становятся сборщиками, а другие – производителями. Распространенное заблуждение состоит в том, что отрицательная частотно-зависимость отбора вызывает генетическое разнообразие гемагглютининовых (ГА) гликопротеинов вируса гриппа. Это не является примером отрицательной частотно-зависимости отбора, поскольку скорость распространения конкретного штамма гриппа связана с абсолютной, а не с относительной численностью.

Положительно

Положительный частотно-зависимый отбор предоставляет преимущество распространенным фенотипам. Ярким примером является предупреждающая окраска у апозематических видов. Хищники с большей вероятностью запоминают часто встречающийся цветовой рисунок, с которым они уже сталкивались, чем редкий. Это означает, что новые мутанты или мигранты, имеющие окраску, отличную от распространенной, отсеиваются из популяции посредством дифференциального хищничества. Положительный частотно-зависимый отбор является основой для мюллеровской мимикрии, как описал Фриц Мюллер, поскольку все участвующие в ней виды апозематичны и разделяют выгоду от общего, достоверного сигнала для потенциальных хищников. Другой, довольно сложный пример наблюдается в комплексе мимикрии Батеса между безвредным мимиком – алой королевской змеей (Lampropeltis elapsoides) – и моделью – восточной коралловой змеей (Micrurus fulvius). В местах, где модель и мимик находились в глубокой симпатрии, фенотип алой королевской змеи был достаточно изменчив из-за ослабленного отбора. Однако там, где этот рисунок был редким, популяция хищников не была "обучена", и поэтому рисунок не приносил никакой пользы. Алая королевская змея была гораздо менее изменчива на границе аллопатрии/симпатрии модели и мимика, вероятно, из-за усиления отбора, поскольку восточная коралловая змея редка, но присутствует на этой границе. Следовательно, окраска становится выгодной только после того, как она станет распространенной.