The Role of Indirect Genetic Effects in Evolutionary Rescue

Abstract

Globale miljøendringer fører til en kraftig nedgang i biodiversitet og de tilhørende økosystemtjenestene. Det å forstå mekanismene som påvirker en populasjons evne til å tilpasse seg disse miljøendringene er kritisk kunnskap for å kunne fatte kunnskapsbaserte bevaringsstrategier, fremtidig forskning og biodiversitet trender/prognoser, men fortsatt eksisterer det et gap mellom nåværende teori, og observasjoner. Teoretiske og empiriske studier tyder på at indirekte genetiske effekter, den kausale effekten av et individs genotype på fenotypen til et annet individ, kan endre retningen og evolusjonshastigheten, selv om de ofte blir oversett i sammenhengen mellom klimaendringer og tilpasninger til klimaendringer. Denne masteroppgaven viderefører matematikken bak teorien om evolusjonær unnsetning til å utforske hvordan et retningsbestemt samspill mellom to egenskaper uttrykt mellom ikke-beslektede individer kan endre forutsigelsene for modellen. Modellen anerkjenner at flere mekanismer kan føre til tilpasninger, og inkluderer derfor en mulig kovarians mellom direkte- og indirekte genetiske effekter, og fenotypisk plastisitet hos egenskaper i fokus. Ut fra en kombinasjon av publiserte estimater fra ville populasjoner og simulert data, utforsker vi måtene et samhandlende individ kan motvirke eller forverre de demografiske konsekvensene påført av deterministiske miljøendringer. I den generaliserte modellen presentert i denne oppgaven, endret den indirekte effekten prediksjonene til grunnmodellen i henhold til interaksjonskoeffisienten, og samspillet mellomegenskapenes følsomhet overfor seleksjonsmiljøet. Utforsking av den netto effekten fra flere mekanismer endret prediksjonene til modellen, som forutsatt. I visse tilfeller reverserte det også det forutsette utfallet. Dette studiet er et første steg på veien til å utforske hvordan evolusjonære endringer i et sosialt miljø skapt av ikke-beslektede individ kan bidra til den evolusjonære unnsetningen eller uttryddelsen av en populasjon. Skjønt, empiriske estimat av viktige parameter er nødvendig.

Global environmental change is causing a rapid decline in biodiversity and associated ecosystem services. Understanding the mechanisms that affect a population's ability to adapt to environmental change is critical for informed conservation strategies, future research programs, and biodiversity forecasts, yet gaps remain between current theory and empirical observations. Theoretical and empirical studies indicate that indirect genetic effects, the causal effect of one individual's genotype on the phenotype of a conspecific, can alter the direction and pace of evolution, though they are often overlooked in the context of climate change adaptation. This thesis extends mathematical evolutionary rescue theory to explore how a directional interaction between two traits expressed by non-relatives can alter model predictions. Recognizing that multiple mechanisms can lead to adaptation, the model includes the potential for genetic correlation between traits and phenotypic plasticity in the focal trait. Relying on a combination of published estimates from wild populations and simulated data, we explore the conditions under which an interacting partner can counteract or exacerbate the demographic consequences imposed by directional environmental change. In the generalized model presented in this thesis, the indirect genetic effect altered base model predictions according to the interaction coefficient, Ψ, and the interacting trait's environmental sensitivity of selection. Exploring the combined effect of IGEs and genetic correlation between interacting traits predictably altered model predictions, in some cases reversing the predicted outcome. This study is a first step to explore how evolutionary change in the social environment created by conspecifics can contribute to the evolutionary rescue or extinction of a population. This study also highlights the need for empirical estimates of key parameters in this model to assess the real importance of social interactions in the susceptibility of populations to environmental change.