Bimodální rozložení spojitých znaků a pravidelnosti jeho evoluce

• Thesis title in Czech: Bimodální rozložení spojitých znaků a pravidelnosti jeho evoluce
• Thesis title in English: Bimodal distribution of continuous traits and regularities of its evolution
• Key words: bimodalita, evoluční psychologie, disruptivní selekce, anisogamie, frekvenčně závislá selekce, zamrzlá plasticita
• English key words: bimodality, evolutionary psychology, disruptive selection, anisogamy, frequency-dependent selection, frozen plasticity
• Academic year of topic announcement: 2022/2023
• Thesis type: Bachelor's thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Philosophy and History of Science (31-107)
• Supervisor: Mgr. Petr Tureček, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 16.11.2022
• Date of assignment: 16.11.2022
• Confirmed by Study dept. on: 30.01.2023
• Date of electronic submission: 08.08.2024
• Date of proceeded defence: 06.09.2024
• Opponents: Mgr. Jan Toman, Ph.D.

Guidelines

Bayesiánská statistika - MS107029
Evoluce sexu a rozmnožovací strategie - MS107024

Preliminary scope of work

U spojitých znaků organismů se kromě unimodálních rozdělení s vysokou entropií, jejichž nejznámějším zástupcem je rozložení Gaussovo, neboli normální, nezřídka setkáváme i s rozložením bimodálním. U takového „dvouhrbého“ rozdělení je hustota pravděpodobnosti znaku jedince okolo populačního průměru nízká.
Bimodálním rozložením lze popsat například velikost pohlavních buněk u velké většiny sexuálních druhů (Toman, 2015). Taková klíčová inovace může vést až ke vzniku multivariátního bimodálního rozložení fenotypů v celém mnohorozměrném prostoru znaků, tedy ke gonochorismu. Další dlouhodobě stabilní multimodální distribuce se však vynořují nezávisle na pohlaví (Ito & Konuma, 2020).
Ačkoliv řada předchozích modelů zkoumala přepínání mezi stavem, ve kterém lze očekávat unimodální rozložení okolo jediného optima, a stavem, kdy se například díky na frekvenci závislé selekci udržuje v populaci dlouhodobě několik úspěšných alternativních strategií (Taylor & Jonker, 1978), byla jen malá pozornost věnována samotnému procesu multimodalizace ve spojitém znakoprostoru (Abbott & Dakos, 2021; Brisson, 2018).
Tato práce se bude detailně zabývat původem, udržením a významem bimodálních rozložení v živých systémech, popíše možné typy souhry mezi disruptivní a na frekvenci závislou selekcí v čase, a podá přehled dalších možných mechanismů zodpovědných za formování těchto distribucí. Práce rovněž zhodnotí, do jaké míry může přítomnost jednoho bimodálního rozložení ovlivňovat vznik a stabilitu dalších.

Abbott, K. C., & Dakos, V. (2021). Mapping the distinct origins of bimodality in a classic model with alternative stable states. Theoretical Ecology, 14(4), 673–684. https://doi.org/10.1007/s12080-020-00476-5
Brisson, D. (2018). Negative Frequency-Dependent Selection Is Frequently Confounding. Frontiers in Ecology and Evolution, 6, 10. https://doi.org/10.3389/fevo.2018.00010
Ito, S., & Konuma, J. (2020). Disruptive selection of shell colour in land snails: A mark–recapture study of Euhadra peliomphala simodae. Biological Journal of the Linnean Society, 129(2), 323–333. https://doi.org/10.1093/biolinnean/blz168
Taylor, P. D., & Jonker, L. B. (1978). Evolutionarily Stable Strategies and Game Dynamics. Mathematical biosciences, 40(1–2), 145–156.
Toman, J. (2015). Pohlavní rozmnožování optikou evoluce: Vznik, vývoj a paradoxy největší evoluční záhady. Academia.

Preliminary scope of work in English

Besides unimodal distributions with high entropy, of which the Gaussian, or normal, distribution is the famous representative, we often encounter bimodal distributions when measuring continuous traits of organisms. In such a distribution, the probability density of an individual's trait around the population mean is low.
A bimodal distribution can describe, for example, the size of sex cells in most sexual species (Toman, 2015). Such a key innovation can lead to a multivariate bimodal distribution of phenotypes across the multivariate trait space, i.e. gonochorism. However, other long-term stable multimodal distributions emerge independently of sex (Ito & Konuma, 2020).
Although a number of previous models have explored switching between a state in which unimodal distributions around a single optimum can be expected and a state in which, for example, frequency-dependent selection maintains several alternative strategies (Taylor & Jonker, 1978), little attention has been paid to the process of multimodalization in a continuous trait space itself (Abbott & Dakos, 2021; Brisson, 2018).
This thesis will discuss in detail the origin, maintenance, and significance of bimodal distributions in living systems, describe the possible types of interplay between disruptive and frequency-dependent selection over time, and provide an overview of other possible mechanisms responsible for shaping these distributions. The thesis will also assess the extent to which the presence of one bimodal distribution may influence the emergence and stability of others.

Abbott, K. C., & Dakos, V. (2021). Mapping the distinct origins of bimodality in a classic model with alternative stable states. Theoretical Ecology, 14(4), 673–684. https://doi.org/10.1007/s12080-020-00476-5
Brisson, D. (2018). Negative Frequency-Dependent Selection Is Frequently Confounding. Frontiers in Ecology and Evolution, 6, 10. https://doi.org/10.3389/fevo.2018.00010
Ito, S., & Konuma, J. (2020). Disruptive selection of shell colour in land snails: A mark–recapture study of Euhadra peliomphala simodae. Biological Journal of the Linnean Society, 129(2), 323–333. https://doi.org/10.1093/biolinnean/blz168
Taylor, P. D., & Jonker, L. B. (1978). Evolutionarily Stable Strategies and Game Dynamics. Mathematical biosciences, 40(1–2), 145–156.
Toman, J. (2015). Pohlavní rozmnožování optikou evoluce: Vznik, vývoj a paradoxy největší evoluční záhady. Academia.