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A mathematical model for the evolution of division of labor in an explicit ecological context
Helene Weigang
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Mathematik
Betreuer*in
Claus Rüffler
DOI
10.25365/thesis.15642
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30279.22855.638659-5
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Auf Grund von unterschiedlichen Nahrungsquellen haben Organismen verschiedenste Arten des Nahrungserwerbs entwickelt. Individuen die aus einzelnen Segmenten bestehen haben sich verschiedenartig auf Nahrungserwerb spezialisiert. Es gibt Generalisten, welche aus identen Segmenten oder Modulen bestehen die gleich gut für alle vorkommenden Ressourcen angepasst sind, Spezialisten, deren idente Module für eine Ressource spezialisiert sind und Organismen mit funktionell differenzierten Modulen. Je ein Modul der letzteren Organismen ist auf nur eine bestimmte Ressource spezialisiert. Diese Art der Spezialisierung wird Arbeitsteilung genannt. In dieser Arbeit werden die drei Möglichkeiten der Spezialisierung unterschieden und in einem ein-Konsument zwei-Ressourcen Modell analysiert.
Konsumenten sind durch zwei, ursprünglich, undifferenzierte Module gekennzeichnet, welche sich auf zwei Ressourcen spezialisieren können. Es wird angenommen, dass eine Spezialisierung auf eine Ressource zu Lasten der Spezialisierung für die andere geht (daraus resultiert ein Trade-Off). In diesem Modell, welches ich durch Hilfe von `Adaptive Dynamics' und `Critical Function Analysis' analysiert habe, geht hervor, dass (i) ein konvexer Trade-Off, (ii) negative Interaktion zwischen den Modulen und (iii) positionale Effekte, welche als Asymmetrien in der Ressourcenkonsumation beschrieben werden können, Arbeitsteilung fördern. Darüber hinaus, wird evolutionäres `Branching', was die Aufspaltung von einer in zwei Populationen bedeutet, gefördert wenn sich Module gegenseitig positiv beeinflussen
und Trade-off
s konvex sind. Des weiteren, habe ich Individuen-basierte Simulationen durchgeführt, um die Stabilität der analytischen Resultate zu überprüfen. Weiters komme ich zu dem Ergebnis, dass Populationen nicht polymorph werden, wenn sie arbeitsteilende Module ausgebildet haben.
Abstract
(Englisch)
In nature different patterns of resource consumption evolved in response to an enormous variety of resources. In individuals with modular structures, where the phenotypes of the modules determine the success in resource consumption, three forms can be distinguished. First, generalists, that consist of identical modules that are equally adapted to the resources, second, specialists that consist of identical but specialized modules for one resource and third, organisms with functional differentiated modules, such that each module is specialized for a different resource, a phenomenon called division of labor. Here, I combine these three evolutionary outcomes in a single analysis. I analyze an one-consumer two-resources model where consumers are characterized by two ancestrally undifferentiated modules, both contributing to resource consumption. The potential of modules to contribute to one resource is assumed to go at the expense of specialization on the other resource (such trade-off is described by trade-off
curves). With the methods of Adaptive
Dynamics and Critical Function Analysis I fi
nd that (i) convex trade-offs, (ii) negative interaction between modules as well as (iii) positional effects (asymmetries in the contribution of each module for the resources) favor the evolution of division of labor. Furthermore, positive interaction between modules and convex trade-offs can lead to evolutionary branching (a change from a monomorphic to a dimorphic population). Moreover, the model is
studied by means of individual-based simulations to illustrate the robustness of the analytical results. Furthermore I
find that populations with functional specialized modules do not undergo evolutionary branching.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
evolution Division of Labor consumer-resource model adaptive dynamics
Schlagwörter
(Deutsch)
Evolution Arbeitsteilung Konsumenten-Ressourcen Modell Adaptive Dynamiken
Autor*innen
Helene Weigang
Haupttitel (Englisch)
A mathematical model for the evolution of division of labor in an explicit ecological context
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
X, 69 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Claus Rüffler
Klassifikation
31 Mathematik > 31.80 Angewandte Mathematik
AC Nummer
AC08875889
Utheses ID
14033
Studienkennzahl
UA | 405 | | |