Universität zu Köln

Klug, Alexander (2021). Nonlinear effects of recombination on the evolutionary dynamics in Wright-Fisher type models and experiments. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Fitness landscapes represent a mapping between genotypes and their fitness, which usually reflects their reproductive success. With this approach, evolution can be considered as a process in which populations move on a fitness landscape. The paths taken in this process depend crucially on their structure. Although the idea is quite old, it has gained renewed attention in recent years as advances in genetic sequencing have made it possible to capture the structure of fitness landscapes in greater detail. This in turn facilitates a more comprehensive and quantitative understanding of evolution. However, it is still unclear how these landscapes are structured on a large scale. This dissertation therefore considers theoretical as well as empirical fitness landscapes and investigates how populations are distributed across them. It is shown that not only the structure of the fitness landscape is crucial, but also which evolutionary forces are at work and how strong they are. In particular, the effect of recombination of genetic material is addressed and a possible advantage of recombination is described that has received comparatively little attention so far. This is the robustness against the effect of random mutations, which is greater in recombining populations.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Fitnesslandschaften stellen eine Abbildung zwischen Genotypen und ihrer Fitness dar, die in der Regel ihren Fortpflanzungserfolg widerspiegelt. Mit diesem Ansatz kann Evolution als ein Prozess betrachtet werden, bei dem sich Populationen auf einer Fitnesslandschaft bewegen. Welche Wege in diesem Prozess eingeschlagen werden, hängt dabei entscheidend von deren Struktur ab. Obwohl die Idee schon recht alt ist, hat sie in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen, da es durch Fortschritte in der genetischen Sequenzierung möglich geworden ist, die Struktur von Fitnesslandschaften genauer zu erfassen. Dies wiederum ermöglicht ein umfassenderes und quantitatives Verständnis der Evolution. Es ist jedoch immer noch unklar, wie diese Landschaften in großem Maßstab aussehen. In dieser Dis- sertation werden daher theoretische sowie empirische Fitnesslandschaften betrachtet und dabei untersucht, wie sich Populationen über diese verteilen. Es wird gezeigt, dass hier- bei nicht nur die Struktur der Fitnesslandschaft entscheidend ist, sondern auch, welche evolutionären Kräfte am Werk sind und wie stark. Insbesondere wird auf den Effekt der Rekombination genetischen Materials eingegangen und ein möglicher Vorteil von Rekom- bination beschrieben, der bisher vergleichsweise wenig Beachtung gefunden hat. Dies ist die Robustheit gegenüber dem Effekt von zufälligen Mutationen, welche in rekombinieren- den Populationen größer ist. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Klug, Alexander alex-klug@gmx.net UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-558669
Date:	22 December 2021
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Physics > Institute for Theoretical Physics
Subjects:	Physics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language statistical physics, evolutionary biology, fitness landscapes, recombination, mutational robustness English
Date of oral exam:	4 March 2022
Referee:	Name Academic Title Krug, Joachim Prof. Dr. Wiehe, Thomas Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/55866