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Publicação
Evolutionary lessons from drosophila melanogaster for colonization : how do history, selection and effective population size shape evolution?
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Autores
Resumo(s)
Understanding the factors that constrain adaptation, namely in a colonization scenario, has been a major topic in evolutionary biology and was the chief focus of this thesis. Using a highly-replicated experimental evolution design with well-characterized Drosophila melanogaster populations, we aimed to respond to several evolutionary questions relevant for the colonization of a new habitat. First, we showed that reduced effective population size (1) impaired the responses to directional selection, (2) increased between-population differentiation, and (3) shaped the signatures of history and chance, which were overrun by selection in larger populations. Second, we saw that interpopulation hybridization can have strong effects on a population’s subsequent evolution, especially under a sustained bottleneck. Most importantly, the outcome of hybridization is unpredictable, due to the complex genetic architecture of fitness-related traits and the multitude of interfering factors. This calls for caution on the use of hybridization in conservation management, especially in small, endangered populations. Third, we showed that evolutionary history is very important for a population’s subsequent evolution and fate, namely in a reverse colonization scenario. We additionally showed that the evolutionary patterns during reverse evolution are contingent to the trait under study. Finally, we presented the first, while crude, experimental test of the Hamiltonian wave of adaptation. We found that (1) small changes in diet can have significant effects on age-specific mortality but could not determine whether adaptation to a novel diet was greater at earlier than later ages, and (2) the age-specific decrease in differentiation between adapted and non-adapted populations, predicted by the Hamiltonian hypothesis, was not verified in our system. Despite the high replication and complex design of our experiments, many questions remain unanswered. Other studies involving genomic analysis of our populations, other traits, and diets will shed light on how history, selection, and effective population size shape evolution during colonization.
A compreensão dos factores que limitam a adaptação, nomeadamente durante a colonização, é um tema importante em evolução, sendo o objectivo principal desta tese. Utilizando populações de Drosophila melanogaster bem caracterizadas, num estudo de evolução experimental altamente replicado, procurámos responder a questões evolutivas relevantes para a colonização de um novo habitat. Primeiro, mostrámos que a redução do efectivo populacional (1) diminuiu as respostas à selecção direccional, (2) aumentou a diferenciação interpopulacional e (3) modelou as assinaturas da história e do acaso, rapidamente superadas pela selecção em populações grandes. Segundo, vimos que a hibridação interpopulacional pode ter fortes efeitos na evolução das populações, especialmente sob Ne reduzido. Sobretudo, verificámos que as consequências da hibridação são imprevisíveis, pela complexa arquitectura genética das características da história da vida e multiplicidade de factores que intervêm na sua evolução. Como tal, alertamos para o uso da hibridização em programas de conservação, especialmente em populações pequenas e ameaçadas. Terceiro, mostrámos que a história evolutiva é fundamental para a subsequente evolução da população, nomeadamente num cenário de colonização reversa, e que os padrões evolutivos durante a evolução reversa são contingentes às características analisadas. Finalmente, apresentámos o primeiro, apesar de rudimentar, teste experimental da onda Hamiltoniana da adaptação. Vimos que (1) alterações pequenas na dieta das populações podem ter efeitos significativos na mortalidade específica de cada idade, mas não pudemos determinar se a adaptação à nova dieta era maior em idades mais precoces e (2) a diminuição da idade-específica na diferenciação entre populações adaptadas e não adaptadas, previstas pela hipótese Hamiltoniana, não foi verificada. Apesar da elevada replicação e do complexo design destas experiências, muitas questões permanecem sem resposta. Outros estudos envolvendo análise genómica, outras características e dietas, dar-nos-ão uma melhor compreensão de como a história, a selecção e o efectivo populacional modelam a evolução durante a colonização.
A compreensão dos factores que limitam a adaptação, nomeadamente durante a colonização, é um tema importante em evolução, sendo o objectivo principal desta tese. Utilizando populações de Drosophila melanogaster bem caracterizadas, num estudo de evolução experimental altamente replicado, procurámos responder a questões evolutivas relevantes para a colonização de um novo habitat. Primeiro, mostrámos que a redução do efectivo populacional (1) diminuiu as respostas à selecção direccional, (2) aumentou a diferenciação interpopulacional e (3) modelou as assinaturas da história e do acaso, rapidamente superadas pela selecção em populações grandes. Segundo, vimos que a hibridação interpopulacional pode ter fortes efeitos na evolução das populações, especialmente sob Ne reduzido. Sobretudo, verificámos que as consequências da hibridação são imprevisíveis, pela complexa arquitectura genética das características da história da vida e multiplicidade de factores que intervêm na sua evolução. Como tal, alertamos para o uso da hibridização em programas de conservação, especialmente em populações pequenas e ameaçadas. Terceiro, mostrámos que a história evolutiva é fundamental para a subsequente evolução da população, nomeadamente num cenário de colonização reversa, e que os padrões evolutivos durante a evolução reversa são contingentes às características analisadas. Finalmente, apresentámos o primeiro, apesar de rudimentar, teste experimental da onda Hamiltoniana da adaptação. Vimos que (1) alterações pequenas na dieta das populações podem ter efeitos significativos na mortalidade específica de cada idade, mas não pudemos determinar se a adaptação à nova dieta era maior em idades mais precoces e (2) a diminuição da idade-específica na diferenciação entre populações adaptadas e não adaptadas, previstas pela hipótese Hamiltoniana, não foi verificada. Apesar da elevada replicação e do complexo design destas experiências, muitas questões permanecem sem resposta. Outros estudos envolvendo análise genómica, outras características e dietas, dar-nos-ão uma melhor compreensão de como a história, a selecção e o efectivo populacional modelam a evolução durante a colonização.
Descrição
Tese de doutoramento, Biologia (Biologia Evolutiva), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2018
Palavras-chave
Teses de doutoramento - 2018