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Wenn sich Mehrkosten lohnen – Der Einfluss der Populationsdynamik auf die Evolution

19.10.2010
„Nichts in der Biologie ergibt einen Sinn, außer es wird im Licht der Evolution betrachtet“, postulierte der Evolutionsbiologe Theodosius Dobzhansky schon vor fast vierzig Jahren. Auch heute noch steht die Frage nach der Entstehung des Lebens, der Arten und deren Veränderung im Zentrum der Biologie. Zu den Grundbausteinen der Evolution gehört neben einer Vielzahl weiterer Faktoren die Selektion.

Sie beruht letztlich auf unterschiedlichen Überlebenschancen verschiedener Arten. Diese bestimmen aber auch die Wachstumsdynamik einzelner Populationen.

„Das Zusammenspiel aller evolutionär wirksamen Faktoren im Detail zu verstehen, ist eine große Herausforderung“, sagt der LMU-Biophysiker Professor Erwin Frey, der auch dem Exzellenzcluster „Nanosystems Initiative Munich“ (NIM) der LMU München angehört. „Wir haben nun die Wechselwirkung von Populationswachstum und Selektion in einem theoretischen Modell dargestellt und analysiert.

Dabei zeigte sich, dass demografische Fluktuationen in wachsenden Populationen eine Rolle spielen können. Durch zufällige Schwankungen bei Reproduktions- und Sterbeereignissen können manche Systeme unerwartete Evolutionswege einschlagen.“ Die biologische Grundlage für das Modell, das Frey zusammen mit seinen Mitarbeitern Anna Melbinger und Jonas Cremer entwickelte, lieferten Bakterien, die sich in enger Gemeinschaft zu Biofilmen zusammenschließen.

Hier lässt sich das sogenannte Kooperationsdilemma gut beobachten: Die gesamte Spezies profitiert, wenn Individuen kooperieren, also etwa einzelne Bakterien Substanzen abgeben, die für die gesamte Gemeinschaft im Biofilm nützlich sind. Nicht kooperierende Individuen haben aber einen Überlebensvorteil, weil sie diese metabolischen Kosten vermeiden, und sollten sich deshalb langfristig durchsetzen.

„Unser Modell hat gezeigt, dass demografische Fluktuationen in Wachstumsphasen zu einer vorübergehenden Zunahme von kooperativem Verhalten führen können“, so Frey. „Solche Wachstumsphasen kommen bei natürlichen Biofilmen häufig vor. Damit könnte sich also auch kooperatives Verhalten langfristig durchsetzen.“ (suwe)

Publikation:
Evolutionary game theory in growing populations
Anna Melbinger, Jonas Cremer, and Erwin Frey
Physical Review Letters online,
18. Oktober 2010
DOI: 10.1103/PhysRevLett.105.178101
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Erwin Frey
Arnold-Sommerfeld-Center für Theoretische Physik, Center for NanoScience (CeNS) und Exzellenzcluster Nanosystems Initiative Munich (NIM)
Tel.: 089 / 2180 – 4537
Fax: 089 / 2180 – 4538
E-Mail: frey@lmu.de

Luise Dirscherl | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-muenchen.de/

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