扩张种群前沿的生命

最近的微生物实验表明，二维范围扩张前沿处增强的遗传漂变会导致具有分形畴边界的遗传扇形模式。在这里，我们提出并分析了一个简单的无性生物进化模型，用于解释扩张前沿的这些中性模式并预测自然选择的影响。我们的模型将前沿处扇形数量逐渐减少的现象归因于扇形边界的无偏随机游走。自然选择引入了畴边界游走的确定性偏差，使得有益突变更有可能逃脱遗传漂变并在一个扇形中建立。我们发现这些扇形的张角及其建立的速率对突变体的选择优势敏感。另一方面，有害突变无法永久建立一个扇形。然而，它们可以暂时“冲浪”在种群前沿，从而达到异常高的频率。因此，扩张前沿容易受到有害突变的影响，这体现在突变-选择平衡时突变体的高比例上。在数值上，我们还确定了在生长前沿处野生型被有害突变体取代（遗传崩溃）的条件。我们对这个错误阈值的预测与现有的充分混合理论存在质的差异，并为经历频繁范围扩张的种群设定了可持续突变率的严格约束。