The Emergence of Complex Population Dynamics in Age-Structured Populations under Natural Selection for Fertility

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper considers a microevolution model of two-stage population with limitation under the influence of natural selection regulating individual fertility. Analytical and numerical investigations of the model have been conducted, and parametric regions corresponding to different types of dynamic behavior have been identified. The final genetic composition of the population is shown to be determined by the reproductive potential values of heterozygotes and homozygotes. With higher productivity of heterozygotes, the model predicts stable polymorphism; under intermediate dominance, polymorphism transitions to monomorphism or the emergence of a new mutation. Reduced heterozygote reproductive potential leads to a “bistability trap”, when the system shifts to one of the possible monomorphic states depending on the initial allele frequency. Furthermore, it has been found that within a narrow range of parameter values, reduced heterozygote fertility can result in multistability, where both the bistability trap and stable polymorphism may emerge depending on initial allele frequencies. Consequently, variations in the current population structure can alter the direction of evolution. Additionally, an increase in average fertility destabilizes the population dynamics, with the nature of the resulting fluctuations being determined by ecological limitation.

About the authors

G. P. Neverova

Institute of Automation and Control Processes, Far East Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: galina.nev@gmail.com
Vladivostok, 690041 Russia

E. Y. Frisman

Institute for Complex Analysis of Regional Problems, Far East Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: frisman@mail.ru
Birobidzhan, 679016 Russia

References

  1. Itô Y., Iwasa Y. Evolution of litter size: I. Conceptual reexamination // Res. Population Ecology. 1981. V. 23. № 2. P. 344–359.
  2. Евсиков В.И., Потапов М.А. Эволюционная экология плодовитости животных: 50 лет изучения размножения как связующего звена поколений млекопитающих // Вавил. журн. генетики и селекции. 2011. Т. 15. № 1. С. 7–21.
  3. Wilsterman K., Bautista A.I., Butler C.E. et al. Evolution of litter size: proximate and ultimate mechanisms // Integrative and Comparative Biology. 2024. V. 64. № 6. P. 1643–1660. https://doi.org/10.1093/icb/icae052
  4. Rauw W.M., Luiting P., Beilharz R.G. et al. Selection for litter size and its consequences for the allocation of feed resources: A concept and its implications illustrated by mice selection experiments // Livestock Production Sci. 1999. V. 60. № 2–3. P. 329–342. https://doi.org/10.1016/S0301-6226(99)00104-
  5. Koivula M., Strandén I., Mäntysaari E.A. Genetic and phenotypic parameters of age at first mating, litter size and animal size in Finnish mink // Animal. 2010. V. 4. № 2. P. 183–188. https://doi.org/10.1017/S1751731109991170
  6. Vostry L., Milerski M., Schmidova J., Vostra-Vydro- va H. Genetic diversity and effect of inbree- ding on litter size of the Romanov sheep // Small Ruminant Res. 2018. V. 168. P. 25–31. https://doi.org/10.1016/j.smallrumres.2018.09.004
  7. Евсиков В.И., Назарова Г.Г., Рогов В.Г. Популяционная экология водяной полевки (Aricola terrestris L.) в Западной Сибири. Сообщение I. Репродуктивная способность самок, полиморфных по окраске шерстного покрова, на разных фазах динамики численности популяции // Сиб. экол. журн. 1999. Т. 1. С. 59–68.
  8. Angerbjörn A., Tannerfeldt M., Erlinge S. Predator-prey relationships: Arctic foxes and lemmings // J. Anim. Ecol. 1999. V. 68. P. 34–49. https://doi.org/10.1046/j.1365-2656.1999.00258.x
  9. Tannerfeldt M., Angerbjörn A. Fluctuating resources and the evolution of litter size in the arctic fox // Oikos. 1998. V. 83. P. 545–559. https://doi.org/10.2307/3546681
  10. Tannerfeldt M., Angerbjörn A. Life history strategies in a fluctuating environment: establishment and reproductive success in the arctic fox // Ecography. 1998. V. 19. P. 209–220. https://doi.org/10.1111/j.1600-0587.1996.tb01247.x
  11. Elmhagen B., Tannerfeldt M., Verucci P., Anger- björn A. The arctic fox (Alopex lagopus) – an opportunistic specialist // J. Zool. 2000. V. 251. P. 139–149. https://doi.org/10.1111/j.1469-7998.2000.tb00599.x
  12. Axenovich T.I., Zorkoltseva I.V., Akberdin I.R. et al. Inheritance of litter size at birth in farmed arctic fo-xes (Alopex lagopus, Canidae, Carnivora) // Heredity. 2007. V. 98. P. 99–105. https://doi.org/10.1038/sj.hdy.6800908
  13. Фрисман Е.Я., Жданова О.Л. Эволюционный переход к сложным режимам динамики численности двухвозрастной популяции // Генетика. 2009. Т. 45. № 9. С. 1277–1286.
  14. Неверова Г.П., Жданова О.Л., Фрисман Е.Я. Возникновение сложных режимов динамики численности в ходе эволюции структурированной лимитированной популяции // Генетика. 2020. V. 56. № 6. С. 714–725. https://doi.org/10.31857/S0016675820060065
  15. Neverova G.P., Zhdanova O.L., Frisman E.Ya. Effects of natural selection by fertility on the evolution of the dynamic modes of population number: Bistability and multistability // Nonlinear Dynamics. 2020. V. 101. № 1. P. 687–709. https://doi.org/10.1007/s11071-020-05745-w
  16. Неверова Г.П., Фрисман Е.Я. Режимы динамики популяции с неперекрывающимися поколениями с учетом генетической и стадийной структур // Компьютерные исследования и моделирование. 2020. Т. 12. № 5. С. 1165–1190. https://doi.org/10.20537/2076-7633-2020-12-5-1165-1190
  17. Neverova G.P., Zhdanova O.L., Frisman E.Y. Evolutionary dynamics of structured populations with density-dependent limitation of juvenile survival // Commun. in Nonlinear Science and Numerical Simulation. 2022. V. 109. № 106272. https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2022.106272
  18. Дажо Р. Основы экологии. М.: Прогресс, 1975. 416 с.
  19. Свирежев Ю.М., Логофет Д.О. Устойчивость биологических сообществ. М.: Наука, 1978. 352 с.
  20. Кузнецов А.П., Седова Ю.В. Бифуркации трехмерных и четырехмерных отображений: Универсальные свойства // Изв. высших учебных заведений. Прикладная нелинейная динамика. 2012. Т. 20. № 5. С. 26–43.
  21. Кузнецов А.П., Савин А.В., Седова Ю.В., Тюрюкина Л.В. Бифуркации отображений. Саратов: ООО «Издательский центр Наука», 2012. 196 с.
  22. Курош А.Г. Курс высшей алгебры. Изд-во «Лань», 2013. 432 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».