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| 진화생물학:친족선택 [2026/08/12 18:37] – [근연도] admin | 진화생물학:친족선택 [2026/09/01 12:36] (current) – [Waibel 등의 연구(2011)] admin | ||
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| =====해밀턴의 유도 방법===== | =====해밀턴의 유도 방법===== | ||
| - | 크기가 $n$인 군집에서, | + | 크기가 $n$인 군집에서, |
| $$w_j = 1 + \sum_i s_{ij}.$$ | $$w_j = 1 + \sum_i s_{ij}.$$ | ||
| $s_{ij}$는 $i$번째 상호작용 상대가 $j$의 적합도에 미치는 영향을 말한다. $s_{jj}$는 자기 자신에게 돌아오는 영향이다. 각 개인 안에서 어떤 대립유전자 $A$의 빈도를 $q_j$라고 하자. [[진화생물학: | $s_{ij}$는 $i$번째 상호작용 상대가 $j$의 적합도에 미치는 영향을 말한다. $s_{jj}$는 자기 자신에게 돌아오는 영향이다. 각 개인 안에서 어떤 대립유전자 $A$의 빈도를 $q_j$라고 하자. [[진화생물학: | ||
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| 이때 $b_{ij}$는 행위자 쪽 대립유전자 빈도의 편차가, 그 행위를 받는 수혜자 쪽 대립유전자 빈도의 편차를 예측하는지 알려주는 지표로서 $\sum_j b_{ij} = 0$이다. $\epsilon_j$는 설명되지 않는 편차로서 $\sum_j \epsilon_j = 0$이다. 이제 | 이때 $b_{ij}$는 행위자 쪽 대립유전자 빈도의 편차가, 그 행위를 받는 수혜자 쪽 대립유전자 빈도의 편차를 예측하는지 알려주는 지표로서 $\sum_j b_{ij} = 0$이다. $\epsilon_j$는 설명되지 않는 편차로서 $\sum_j \epsilon_j = 0$이다. 이제 | ||
| $$\langle w \rangle \Delta \langle q \rangle = \frac{1}{n} \sum_i x_i \left( q_i - \langle q\rangle \right)$$ | $$\langle w \rangle \Delta \langle q \rangle = \frac{1}{n} \sum_i x_i \left( q_i - \langle q\rangle \right)$$ | ||
| - | 로서 $x_i \equiv \sum_j s_{ij} b_{ij}$는 개인 $i$의 [[진화생물학: | + | 로서 $x_i \equiv \sum_j s_{ij} b_{ij}$는 개인 $i$의 [[진화생물학: |
| 행위자 $i$와 수혜자 $j$를 생각하면 | 행위자 $i$와 수혜자 $j$를 생각하면 | ||
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| $r = \beta_{Gg} = \text{Cov}(G, | $r = \beta_{Gg} = \text{Cov}(G, | ||
| - | ===첨언=== | + | ===첨언1=== |
| 할데인이 " | 할데인이 " | ||
| + | |||
| + | ===첨언2=== | ||
| + | 근연도는 유전자자리(locus)마다 다르게 계산된다. | ||
| ===예=== | ===예=== | ||
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| ======오개념들====== | ======오개념들====== | ||
| - | =====친족선택은 친족 식별을 요구한다? | + | ===친족선택은 친족 식별을 요구한다? |
| 꼭 친족을 식별해내지 않더라도 제한적 분산(limited dispersal)을 통해 친족선택이 일어날 수 있다. 예를 들어 새에게는 " | 꼭 친족을 식별해내지 않더라도 제한적 분산(limited dispersal)을 통해 친족선택이 일어날 수 있다. 예를 들어 새에게는 " | ||
| - | =====같은 종끼리는 대부분의 유전자를 공유하는데? | + | ===같은 종끼리는 대부분의 유전자를 공유하는데? |
| 물론 부모와 자식이 $r=1/ | 물론 부모와 자식이 $r=1/ | ||
| 이와 관련하여 도킨스(1979)가 인정하다시피, | 이와 관련하여 도킨스(1979)가 인정하다시피, | ||
| - | =====일개미가 직접 알을 낳지 않는 이유는 자손보다 자매들과의 근연성이 더 크기 때문?===== | + | ===친족을 향한 이타적 행동처럼 복잡한 일을 해낼 유전자를 특정할 수 있나? |
| + | |||
| + | 케익을 파헤쳐 나오는 것들을 그 조리법의 단어 하나하나에 대응시킬 수는 없을 것이다. 그러나 조리법에서 단어 하나를 바꾼다면 다른 케익이 만들어질 것이고, 자연선택은 그 차이에 적용된다. 형제자매를 향한 이타주의는 매우 복잡한 행동처럼 보이지만, | ||
| + | |||
| + | ===일개미가 직접 알을 낳지 않는 이유는 자손보다 자매들과의 근연성이 더 크기 때문?=== | ||
| 자매와의 근연도는 $3/ | 자매와의 근연도는 $3/ | ||
| 여왕이 수컷 한 마리하고만 짝짓기 하는 경우에, 암컷 일개미들은 $r=3/4$인 자매들을 돌보는 것이 $r=1/4$인 형제들을 기르는 것보다 좋다. 반면 여왕은 자식이 수컷이든 암컷이든 같은 근연도를 가지므로 1:1의 성비 투자를 선호할 것이다. 이는 모녀 사이에 선호하는 성비를 놓고 갈등이 있을 것임을 예측하게 한다. 실제 수컷 한 마리하고만 짝짓기하는 개미 종에서의 성비는 수컷 대 암컷이 1:3에 가까웠고 여러 마리와 짝짓기 하는 경우에는 더 많은 수컷이 태어났다 (Trivers & Hare, 1976). | 여왕이 수컷 한 마리하고만 짝짓기 하는 경우에, 암컷 일개미들은 $r=3/4$인 자매들을 돌보는 것이 $r=1/4$인 형제들을 기르는 것보다 좋다. 반면 여왕은 자식이 수컷이든 암컷이든 같은 근연도를 가지므로 1:1의 성비 투자를 선호할 것이다. 이는 모녀 사이에 선호하는 성비를 놓고 갈등이 있을 것임을 예측하게 한다. 실제 수컷 한 마리하고만 짝짓기하는 개미 종에서의 성비는 수컷 대 암컷이 1:3에 가까웠고 여러 마리와 짝짓기 하는 경우에는 더 많은 수컷이 태어났다 (Trivers & Hare, 1976). | ||
| + | ======전산 시늉을 통한 확인====== | ||
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| + | Waibel 등의 연구(2011)에서, | ||
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| + | 하나의 그룹은 8개의 개체로 구성된다. 이 그룹 내의 개체들은 $50\times 50cm$ 크기의 정사각형 안에서 8개의 " | ||
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| + | 이렇게 얻은 적합도에 비례해서 개체는 다음 세대의 유전자 풀에 기여할 수 있다. 이 선택 과정을 진행한 후 무작위로 뽑아 교차(crossover)와 돌연변이를 거치게끔 한다. 최종적으로 다음 세대를 위해 1600개의 새로운 유전자 풀을 얻는다(200개의 그룹에 해당). 이 과정을 500세대 동안 진행한다. 첫 세대는 신경망이 난수로 주어졌으므로 음식 획득 능력이 저조하지만, | ||
| + | |||
| + | 그룹 내의 근연도는 다음처럼 다섯 가지로 설정하였다. | ||
| + | * 1600개의 개체를 무작위로 200개의 그룹에 배정하면 서로 통계적 상관도가 없으므로 $r=0$이다. | ||
| + | * 그룹마다 하나의 개체를 배정한 다음 그것을 복제해서 나머지 일곱 개의 개체를 만들면 $r=1$이다. | ||
| + | * 그룹마다 두 개의 개체를 배정한 다음 그 중 하나를 6번 복제해서 클론 비율이 1: | ||
| + | * 그룹마다 세 개의 개체를 배정한 다음 6:1:1로 클론을 만들면 $r = 0.5357$이다. | ||
| + | * 그룹마다 세 개의 개체를 배정한 다음 3:3:2로 클론을 만들면 $r = 0.25$이다. | ||
| + | |||
| + | 더 구체적으로는 | ||
| + | $$r = \frac{\bar{q} - \bar{p}}{1 - \bar{p}}$$ | ||
| + | 로서 $\bar{p}$는 특정 개인이 군집 내 다른 개인과 같은 유전형을 가질 확률이고 $\bar{q}$는 특정 개인이 그룹 내 다른 개인과 같은 유전형을 가질 확률이다. | ||
| + | |||
| + | 이 다섯 가지의 근연도를 다섯 가지의 $c/b \in \{0.01, 0.25, 0.54, 0.75, 1.00\}$에 대해 테스트하는데, | ||
| + | |||
| + | 전산 시늉 결과는 $r$과 $c/b$의 대소에 따라 이타적 행동(그룹 내 다른 멤버들과 공유한 음식 아이템의 비율)이 확연히 달라짐을 보여준다. | ||
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| ======적용 사례====== | ======적용 사례====== | ||
| =====서식지 내의 분산===== | =====서식지 내의 분산===== | ||
| - | 부모 세대가 많은 수의 자손을 남긴 후 죽는 생활사를 생각하자. 그들의 서식지는 많은 수의 따로 떨어진 지점들로 구성되어 있으며, 모든 지점들은 우리가 고려 중인 종에 의해 점유된다. | + | 부모 세대가 많은 수의 자손을 남긴 후 죽는 생활사를 생각하자. 그들의 서식지는 많은 수의 따로 떨어진 지역(patch)들로 구성되어 있으며, 모든 지역은 우리가 고려 중인 종에 의해 점유된다. |
| - | 태어난 곳으로부터 다른 | + | |
| + | 태어난 곳으로부터 다른 | ||
| + | $k(1-g)$는 떠나지 않고 남아있는 후손의 숫자이고, | ||
| + | $$\frac{k(1-g)}{Nk\left[ 1-g_p+(1-c)G\right]} \times N$$ | ||
| + | 은 돌연변이 중 퍼지지 않은 후손이 평균적으로 성공한 정도를 나타낸다. 마찬가지로, | ||
| + | $$\frac{kg}{Nk\left[ 1-G+(1-c)G\right]} \times N$$ | ||
| + | 돌연변이 중 퍼져나간 후손이 평균적으로 성공한 정도를 나타낸다. | ||
| + | 두 항을 더하면, 돌연변이의 적합도는 세 변수의 함수로 주어진다: | ||
| $$w\left( g, g_p, G \right) = (1-g) p\left( g_p \right) + g (1-c) p\left(G\right).$$ | $$w\left( g, g_p, G \right) = (1-g) p\left( g_p \right) + g (1-c) p\left(G\right).$$ | ||
| - | 만일 $1-g$의 확률로 패치 안에 머무른다면 그 자리에서 $N$개의 번식지 가운데 하나를 차지하기 위해 경쟁해야 한다. $c$는 흩어지는 과정에서 죽을 확률이어서, | + | 이때 |
| - | $$p(\alpha) | + | $$p(\alpha) |
| - | 는 표현형이 $\alpha$인 패치에서 경쟁하는 후손이 한 번식지를 획득할 확률이다. | + | 이다. |
| $g_p$는 $g$에 의존하며, | $g_p$는 $g$에 의존하며, | ||
| Line 209: | Line 249: | ||
| ======함께 보기====== | ======함께 보기====== | ||
| - | [[진화생물학: | + | * [[진화생물학: |
| - | + | | |
| - | [[진화생물학: | + | |
| - | + | ||
| - | [[진화생물학: | + | |
| ======참고문헌====== | ======참고문헌====== | ||
| * Steven A. Frank, // | * Steven A. Frank, // | ||
| * Steven A. Frank, //The Price equation, Fisher' | * Steven A. Frank, //The Price equation, Fisher' | ||
| + | * Steven A. Frank, //Dispersal polymorphisms in subdivided populations//, | ||
| * Bruce Walsh and Michael Lynch, //Evolution and Selection of Quantitative Traits// (Oxford University Press, Oxford, 2018). | * Bruce Walsh and Michael Lynch, //Evolution and Selection of Quantitative Traits// (Oxford University Press, Oxford, 2018). | ||
| * William D. Hamilton, //The genetical evolution of social behaviour. I//, [[https:// | * William D. Hamilton, //The genetical evolution of social behaviour. I//, [[https:// | ||
| Line 227: | Line 266: | ||
| * Richard Dawkins, //Twelve misunderstandings of kin selection//, | * Richard Dawkins, //Twelve misunderstandings of kin selection//, | ||
| * Stuart A. West, Claire El Mouden, and Andy Gardner, //Sixteen common misconceptions about the evolution of cooperation in humans//, [[https:// | * Stuart A. West, Claire El Mouden, and Andy Gardner, //Sixteen common misconceptions about the evolution of cooperation in humans//, [[https:// | ||
| + | * Markus Waibel, Dario Floreano, and Laurent Keller, //A quantitative test of Hamilton' | ||