Evolution der genetischen Varianz in komplexen Umgebungen

Realistische Vorhersagen von evolutionären und ökologischen Reaktionen in räumlich und zeitlich veränderlichen Umgebungen sind besonders in Zeiten des beschleunigten Klimawandels von großer Bedeutung. Aufgrund der Komplexität des Problems werden die Auswirkungen räumlicher und zeitlicher Variabilität häufig isoliert betrachtet oder unter der Annahme einer konstanten genetischen Varianz untersucht. Ihre Wechselwirkung kann jedoch zu qualitativ unterschiedlichen Ergebnissen führen, wie beispielsweise einer abrupten Fragmentierung des Verbreitungsgebiets und einem raschen Rückgang der genetischen Varianz. In diesem Projekt soll eine grundlegende Theorie darüber entwickelt werden, wie sich genetische Varianz und genetische Architektur in komplexen, sich zeitlich verändernden Umgebungen entwickeln. Genetische Varianz ist für evolutionäre Prozesse von entscheidender Bedeutung, da sie die Anpassungsrate bestimmt, sich aber auch unter öko- evolutionären Dynamiken entwickelt: durch Mutation, Selektion, Dispersion und die Auswirkungen einer begrenzten Populationsgröße (genetische Drift). Zunächst wollen wir Vorhersagen darüber ableiten, wie zeitliche Veränderungen in räumlich strukturierten Populationen zur Erhöhung der genetischen Varianz beitragen, und untersuchen, wie dadurch die genetische Architektur beeinflusst wird, die den adaptiven Merkmalen zugrunde liegt. Darauf aufbauend werden wir auf Grundlage meiner vorherigen Erkenntnis zur Fragmentierung des Verbreitungsgebiets unter gemeinsamen räumlichen und zeitlichen Veränderungen untersuchen, wie sich diese auf den genetischen Zusammenhalt von Individuen einer Art sowie auf die Entwicklung der reproduktiven Isolation, die zur Artbildung führt, auswirken und wie sie die Widerstandsfähigkeit der Arten in variablen Umgebungen, beeinflussen. Um eine verifizierbare Theorie zu entwickeln, werden wir Computersimulationen mit analytischen Methoden wie Nondimensionalisierung, Trennung der Zeitskalen und der Theorie der Verzweigungsprozesse kombinieren. Wir werden unsere theoretischen Ergebnisse mit empirischen Daten in Verbindung bringen, die in natürlichen und experimentellen Drosophila-Populationen gesammelt wurden. Neben der Vertiefung der grundlegenden Theorie der Grenzen der Adaptierung und Verbreitungsgebiete von Arten zielt dieses Projekt darauf ab, die theoretischen Grundlagen der Naturschutzgenetik weiterzuentwickeln.