Plasticity and adaptive evolution in the body size and shape of Trinidadian guppies

Abstract

Fenotypisk plastisitet beskriver forutsigbare endringer i en fenotype for en gitt genotype som respons på forskjellige miljøer. Plastisitet kan påvirke evolusjonære baner ved å flytte populasjoner enten nærmere (adaptiv plastisitet) eller lenger fra (ikke-adaptiv plastisitet) en lokalt tilpasset fenotype, og dermed påvirke seleksjonsstyrken. Denne studien undersøker hvordan plastisitet i kroppsform og størrelse påvirker utviklingen over en kort tidsramme. For å teste dette ble trinidadiske guppyer translokert fra en elv med høy predasjon til fire elver med lav predasjon, og deres kroppsform og størrelse ble målt over ett år for å kvantifisere den umiddelbare plastiske responsen. Guppyer fra disse populasjonene, så vel som tre innfødte lavpredasjonspopulasjoner, ble oppdrettet i en common garden for å kvantifisere evolusjonære endringer i form og størrelse. Jeg finner ut at størrelsen viste adaptiv plastisitet i de translokerte guppyene, og skiftet nærmere den til de innfødte lavpredasjonspopulasjonene, mens endringer i form stort sett var ikke-adaptive og skiftet lenger bort. I den common garden ble det sett liten forskjell i størrelse mellom populasjoner, noe som tyder på at adaptiv plastisitet skjermet egenskapen fra evolusjonær divergens. I mellomtiden ble betydelige endringer i form, både adaptive og ikke-adaptive, sett, noe som indikerer rask utvikling i feltet. De mest adaptive formendringene ble vist av populasjoner som viste den mest ekstreme ikke-adaptive plastisiteten i feltet, noe som tyder på at plastisitet økte seleksjonsstyrken. Disse resultatene viser at plastisitet spiller en betydelig rolle i retningen og hastigheten til fenotypisk evolusjon.

Phenotypic plasticity describes predictable changes in a phenotype for a given genotype in response to different environments. Plasticity can affect evolutionary trajectories by moving populations either closer to (adaptive plasticity) or further from (non-adaptive plasticity) a locally adapted phenotype, thus affecting the strength of selection. This study investigates how plasticity in body shape and size influences evolution over a short timeframe. To test this, Trinidadian guppies were translocated from a high predation stream to four low predation streams and their body shape and size were measured over one year to quantify the immediate plastic response. Guppies from these populations, as well as three native low predation populations, were reared in a common garden to quantify evolutionary changes in shape and size. I find that size exhibited adaptive plasticity in the translocated guppies, shifting closer to that of the native low predation populations, while changes in shape were largely non-adaptive, shifting further away. In the common garden, little difference in size was seen between populations, suggesting adaptive plasticity shielded the trait from evolutionary divergence. Meanwhile, significant changes in shape, both adaptive and non-adaptive, were seen, indicating rapid evolution in the field. The most adaptive shape changes were exhibited by populations that showed the most extreme non-adaptive plasticity in the field, suggesting plasticity increased the strength of selection. These results demonstrate that plasticity plays a significant role in the direction and speed of phenotypic evolution.